Use evaluation trend to adjust futility margin
[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) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razor and futility margins
70   const int RazorMargin1 = 590;
71   const int RazorMargin2 = 604;
72   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
73     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
74   }
75
76   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
77   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
78   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
81     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
82   }
83
84   // History and stats update bonus, based on depth
85   int stat_bonus(Depth depth) {
86     int d = depth / ONE_PLY;
87     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
88   }
89
90   // Skill structure is used to implement strength limit
91   struct Skill {
92     explicit Skill(int l) : level(l) {}
93     bool enabled() const { return level < 20; }
94     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
95     Move pick_best(size_t multiPV);
96
97     int level;
98     Move best = MOVE_NONE;
99   };
100
101   template <NodeType NT>
102   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
103
104   template <NodeType NT, bool InCheck>
105   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
106
107   Value value_to_tt(Value v, int ply);
108   Value value_from_tt(Value v, int ply);
109   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
110   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
111   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
112   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
113
114   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
115     Color us = pos.side_to_move();
116     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
117           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
118           : pos.gives_check(move);
119   }
120
121   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
122   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
123   template<bool Root>
124   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
125
126     StateInfo st;
127     uint64_t cnt, nodes = 0;
128     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
129
130     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
131     {
132         if (Root && depth <= ONE_PLY)
133             cnt = 1, nodes++;
134         else
135         {
136             pos.do_move(m, st);
137             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
138             nodes += cnt;
139             pos.undo_move(m);
140         }
141         if (Root)
142             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
143     }
144     return nodes;
145   }
146
147 } // namespace
148
149
150 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
151
152 void Search::init() {
153
154   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
155       for (int d = 1; d < 64; ++d)
156           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
157           {
158               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
159
160               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
161               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
162
163               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
164               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
165                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
166           }
167
168   for (int d = 0; d < 16; ++d)
169   {
170       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
171       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
172   }
173 }
174
175
176 /// Search::clear() resets search state to its initial value
177
178 void Search::clear() {
179
180   Threads.main()->wait_for_search_finished();
181
182   Time.availableNodes = 0;
183   TT.clear();
184   Threads.clear();
185 }
186
187
188 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
189 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
190
191 void MainThread::search() {
192
193   if (Limits.perft)
194   {
195       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
196       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
197       return;
198   }
199
200   Color us = rootPos.side_to_move();
201   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
202   TT.new_search();
203
204   if (rootMoves.empty())
205   {
206       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
207       sync_cout << "info depth 0 score "
208                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
209                 << sync_endl;
210   }
211   else
212   {
213       for (Thread* th : Threads)
214           if (th != this)
215               th->start_searching();
216
217       Thread::search(); // Let's start searching!
218   }
219
220   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
221   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
222   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
223   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
224   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
225   Threads.stopOnPonderhit = true;
226
227   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
228   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
229
230   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
231   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
232   Threads.stop = true;
233
234   // Wait until all threads have finished
235   for (Thread* th : Threads)
236       if (th != this)
237           th->wait_for_search_finished();
238
239   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
240   // the available ones before exiting.
241   if (Limits.npmsec)
242       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
243
244   // Check if there are threads with a better score than main thread
245   Thread* bestThread = this;
246   if (    Options["MultiPV"] == 1
247       && !Limits.depth
248       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
249       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
250   {
251       for (Thread* th : Threads)
252       {
253           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
254           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
255
256           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
257           if (    scoreDiff > 0
258               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
259               bestThread = th;
260       }
261   }
262
263   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
264
265   // Send again PV info if we have a new best thread
266   if (bestThread != this)
267       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
268
269   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
270
271   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
272       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
273
274   std::cout << sync_endl;
275 }
276
277
278 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
279 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
280 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
281
282 void Thread::search() {
283
284   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
285   Value bestValue, alpha, beta, delta;
286   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
287   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
288   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
289   double timeReduction = 1.0;
290   Color us = rootPos.side_to_move();
291
292   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
293   for (int i = 4; i > 0; i--)
294      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
295
296   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
297   beta = VALUE_INFINITE;
298
299   if (mainThread)
300       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
301
302   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
303   Skill skill(Options["Skill Level"]);
304
305   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
306   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
307   if (skill.enabled())
308       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
309
310   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
311
312   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
313   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
314                                 : -make_score(ct, ct / 2));
315
316   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
317   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
318          && !Threads.stop
319          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
320   {
321       // Distribute search depths across the helper threads
322       if (idx > 0)
323       {
324           int i = (idx - 1) % 20;
325           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
326               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
327       }
328
329       // Age out PV variability metric
330       if (mainThread)
331           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
332
333       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
334       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
335       for (RootMove& rm : rootMoves)
336           rm.previousScore = rm.score;
337
338       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
339       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
340       {
341           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
342           selDepth = 0;
343
344           // Reset aspiration window starting size
345           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
346           {
347               delta = Value(18);
348               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
349               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
350
351               ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
352
353               // Adjust contempt based on current bestValue (dynamic contempt)
354               int sign = (bestValue > 0) - (bestValue < 0);
355               ct +=  bestValue >  500 ?  70 :
356                      bestValue < -500 ? -70 :
357                      bestValue / 10 + sign * int(std::round(3.22 * log(1 + abs(bestValue))));
358
359               Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
360                                             : -make_score(ct, ct / 2));
361           }
362
363           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
364           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
365           // high/low anymore.
366           while (true)
367           {
368               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
369
370               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
371               // is done with a stable algorithm because all the values but the
372               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
373               // and we want to keep the same order for all the moves except the
374               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
375               // search the already searched PV lines are preserved.
376               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
377
378               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
379               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
380               // the previous iteration.
381               if (Threads.stop)
382                   break;
383
384               // When failing high/low give some update (without cluttering
385               // the UI) before a re-search.
386               if (   mainThread
387                   && multiPV == 1
388                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
389                   && Time.elapsed() > 3000)
390                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
391
392               // In case of failing low/high increase aspiration window and
393               // re-search, otherwise exit the loop.
394               if (bestValue <= alpha)
395               {
396                   beta = (alpha + beta) / 2;
397                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
398
399                   if (mainThread)
400                   {
401                       mainThread->failedLow = true;
402                       Threads.stopOnPonderhit = false;
403                   }
404               }
405               else if (bestValue >= beta)
406                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
407               else
408                   break;
409
410               delta += delta / 4 + 5;
411
412               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
413           }
414
415           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
416           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
417
418           if (    mainThread
419               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
420               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
421       }
422
423       if (!Threads.stop)
424           completedDepth = rootDepth;
425
426       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
427          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
428          lastBestMoveDepth = rootDepth;
429       }
430
431       // Have we found a "mate in x"?
432       if (   Limits.mate
433           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
434           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
435           Threads.stop = true;
436
437       if (!mainThread)
438           continue;
439
440       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
441       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
442           skill.pick_best(multiPV);
443
444       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
445       if (    Limits.use_time_management()
446           && !Threads.stop
447           && !Threads.stopOnPonderhit)
448           {
449               const int F[] = { mainThread->failedLow,
450                                 bestValue - mainThread->previousScore };
451
452               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
453
454               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
455               timeReduction = 1.0;
456               for (int i : {3, 4, 5})
457                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
458                      timeReduction *= 1.25;
459
460               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
461               double unstablePvFactor = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
462               unstablePvFactor *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
463
464               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
465               if (   rootMoves.size() == 1
466                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 581)
467               {
468                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
469                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
470                   if (Threads.ponder)
471                       Threads.stopOnPonderhit = true;
472                   else
473                       Threads.stop = true;
474               }
475           }
476   }
477
478   if (!mainThread)
479       return;
480
481   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
482
483   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
484   if (skill.enabled())
485       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
486                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
487 }
488
489
490 namespace {
491
492   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
493
494   template <NodeType NT>
495   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
496
497     const bool PvNode = NT == PV;
498     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
499
500     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
501     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
502     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
503     assert(!(PvNode && cutNode));
504     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
505
506     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
507     StateInfo st;
508     TTEntry* tte;
509     Key posKey;
510     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
511     Depth extension, newDepth;
512     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
513     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
514     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
515     Piece movedPiece;
516     int moveCount, captureCount, quietCount;
517
518     // Step 1. Initialize node
519     Thread* thisThread = pos.this_thread();
520     inCheck = pos.checkers();
521     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
522     bestValue = -VALUE_INFINITE;
523     maxValue = VALUE_INFINITE;
524
525     // Check for the available remaining time
526     if (thisThread == Threads.main())
527         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
528
529     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
530     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
531         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
532
533     if (!rootNode)
534     {
535         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
536         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
537             || pos.is_draw(ss->ply)
538             || ss->ply >= MAX_PLY)
539             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
540
541         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
542         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
543         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
544         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
545         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
546         // mate. In this case return a fail-high score.
547         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
548         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
549         if (alpha >= beta)
550             return alpha;
551     }
552
553     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
554
555     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
556     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
557     ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
558     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
559     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
560
561     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
562     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
563     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
564     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
565     // LMR which are based on the statScore of parent position.
566     (ss+2)->statScore = 0;
567
568     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
569     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
570     // position key in case of an excluded move.
571     excludedMove = ss->excludedMove;
572     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
573     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
574     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
575     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
576             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
577
578     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
579     if (  !PvNode
580         && ttHit
581         && tte->depth() >= depth
582         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
583         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
584                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
585     {
586         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
587         if (ttMove)
588         {
589             if (ttValue >= beta)
590             {
591                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
592                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
593
594                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
595                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
596                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
597             }
598             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
599             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
600             {
601                 int penalty = -stat_bonus(depth);
602                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
603                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
604             }
605         }
606         return ttValue;
607     }
608
609     // Step 5. Tablebases probe
610     if (!rootNode && TB::Cardinality)
611     {
612         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
613
614         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
615             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
616             &&  pos.rule50_count() == 0
617             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
618         {
619             TB::ProbeState err;
620             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
621
622             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
623             {
624                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
625
626                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
627
628                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
629                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
630                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
631
632                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
633                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
634
635                 if (    b == BOUND_EXACT
636                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
637                 {
638                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
639                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
640                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
641
642                     return value;
643                 }
644
645                 if (PvNode)
646                 {
647                     if (b == BOUND_LOWER)
648                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
649                     else
650                         maxValue = value;
651                 }
652             }
653         }
654     }
655
656     // Step 6. Evaluate the position statically
657     if (inCheck)
658     {
659         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
660         goto moves_loop;
661     }
662     else if (ttHit)
663     {
664         // Never assume anything on values stored in TT
665         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
666             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
667
668         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
669         if (    ttValue != VALUE_NONE
670             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
671             eval = ttValue;
672     }
673     else
674     {
675         ss->staticEval = eval =
676         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
677                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
678
679         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
680                   ss->staticEval, TT.generation());
681     }
682
683     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
684             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
685                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
686
687     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
688         goto moves_loop;
689
690     // Step 7. Razoring (skipped when in check)
691     if (  !PvNode
692         && depth <= 2 * ONE_PLY)
693     {
694         if (   depth == ONE_PLY
695             && eval + RazorMargin1 <= alpha)
696             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
697
698         else if (eval + RazorMargin2 <= alpha)
699         {
700             Value ralpha = alpha - RazorMargin2;
701             Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
702
703             if (v <= ralpha)
704                 return v;
705         }
706     }
707
708     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check)
709     if (   !rootNode
710         &&  depth < 7 * ONE_PLY
711         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
712         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
713         return eval;
714
715     // Step 9. Null move search with verification search
716     if (   !PvNode
717         &&  eval >= beta
718         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
719         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
720     {
721         assert(eval - beta >= 0);
722
723         // Null move dynamic reduction based on depth and value
724         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
725
726         ss->currentMove = MOVE_NULL;
727         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
728
729         pos.do_null_move(st);
730         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
731                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
732         pos.undo_null_move();
733
734         if (nullValue >= beta)
735         {
736             // Do not return unproven mate scores
737             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
738                 nullValue = beta;
739
740             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
741                 return nullValue;
742
743             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
744             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
745             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
746             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
747
748             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
749                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
750
751             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
752
753             if (v >= beta)
754                 return nullValue;
755         }
756     }
757
758     // Step 10. ProbCut (skipped when in check)
759     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
760     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
761     if (   !PvNode
762         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
763         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
764     {
765         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
766
767         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
768         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
769         int probCutCount = 0;
770
771         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
772                && probCutCount < depth / ONE_PLY - 3)
773             if (pos.legal(move))
774             {
775                 probCutCount++;
776
777                 ss->currentMove = move;
778                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
779
780                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
781
782                 pos.do_move(move, st);
783
784                 // Perform a preliminary search at depth 1 to verify that the move holds.
785                 // We will only do this search if the depth is not 5, thus avoiding two
786                 // searches at depth 1 in a row.
787                 if (depth != 5 * ONE_PLY)
788                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, ONE_PLY, !cutNode, true);
789
790                 // If the first search was skipped or was performed and held, perform
791                 // the regular search.
792                 if (depth == 5 * ONE_PLY || value >= rbeta)
793                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
794
795                 pos.undo_move(move);
796
797                 if (value >= rbeta)
798                     return value;
799             }
800     }
801
802     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
803     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
804         && !ttMove
805         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
806     {
807         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
808         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
809
810         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
811         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
812         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
813     }
814
815 moves_loop: // When in check, search starts from here
816
817     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
818     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
819
820     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
821     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
822     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
823             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
824                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
825
826     singularExtensionNode =   !rootNode
827                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
828                            &&  ttMove != MOVE_NONE
829                            &&  ttValue != VALUE_NONE
830                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
831                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
832                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
833     skipQuiets = false;
834     ttCapture = false;
835     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
836
837     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
838     // or a beta cutoff occurs.
839     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
840     {
841       assert(is_ok(move));
842
843       if (move == excludedMove)
844           continue;
845
846       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
847       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
848       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
849       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
850                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
851           continue;
852
853       ss->moveCount = ++moveCount;
854
855       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
856           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
857                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
858                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
859       if (PvNode)
860           (ss+1)->pv = nullptr;
861
862       extension = DEPTH_ZERO;
863       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
864       movedPiece = pos.moved_piece(move);
865       givesCheck = gives_check(pos, move);
866
867       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
868                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
869
870       // Step 13. Extensions
871
872       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
873       // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
874       // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
875       // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
876       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
877       if (    singularExtensionNode
878           &&  move == ttMove
879           &&  pos.legal(move))
880       {
881           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
882           ss->excludedMove = move;
883           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
884           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
885
886           if (value < rBeta)
887               extension = ONE_PLY;
888       }
889       else if (    givesCheck // Check extension
890                && !moveCountPruning
891                &&  pos.see_ge(move))
892           extension = ONE_PLY;
893
894       // Calculate new depth for this move
895       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
896
897       // Step 14. Pruning at shallow depth
898       if (  !rootNode
899           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
900           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
901       {
902           if (   !captureOrPromotion
903               && !givesCheck
904               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
905           {
906               // Move count based pruning
907               if (moveCountPruning)
908               {
909                   skipQuiets = true;
910                   continue;
911               }
912
913               // Reduced depth of the next LMR search
914               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
915
916               // Countermoves based pruning
917               if (   lmrDepth < 3
918                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
919                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
920                   continue;
921
922               // Futility pruning: parent node
923               if (   lmrDepth < 7
924                   && !inCheck
925                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
926                   continue;
927
928               // Prune moves with negative SEE
929               if (   lmrDepth < 8
930                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
931                   continue;
932           }
933           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
934                    && !extension
935                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
936                   continue;
937       }
938
939       // Speculative prefetch as early as possible
940       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
941
942       // Check for legality just before making the move
943       if (!rootNode && !pos.legal(move))
944       {
945           ss->moveCount = --moveCount;
946           continue;
947       }
948
949       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
950           ttCapture = true;
951
952       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
953       ss->currentMove = move;
954       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
955
956       // Step 15. Make the move
957       pos.do_move(move, st, givesCheck);
958
959       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
960       // re-searched at full depth.
961       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
962           &&  moveCount > 1
963           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
964       {
965           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
966
967           if (captureOrPromotion)
968               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
969           else
970           {
971               // Decrease reduction if opponent's move count is high
972               if ((ss-1)->moveCount > 15)
973                   r -= ONE_PLY;
974
975               // Decrease reduction for exact PV nodes
976               if (pvExact)
977                   r -= ONE_PLY;
978
979               // Increase reduction if ttMove is a capture
980               if (ttCapture)
981                   r += ONE_PLY;
982
983               // Increase reduction for cut nodes
984               if (cutNode)
985                   r += 2 * ONE_PLY;
986
987               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
988               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
989               // hence break make_move().
990               else if (    type_of(move) == NORMAL
991                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
992                   r -= 2 * ONE_PLY;
993
994               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
995                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
996                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
997                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
998                              - 4000;
999
1000               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
1001               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1002                   r -= ONE_PLY;
1003
1004               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1005                   r += ONE_PLY;
1006
1007               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1008               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1009           }
1010
1011           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1012
1013           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1014
1015           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1016       }
1017       else
1018           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1019
1020       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1021       if (doFullDepthSearch)
1022           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1023                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1024                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1025                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1026
1027       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1028       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1029       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1030       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1031       {
1032           (ss+1)->pv = pv;
1033           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1034
1035           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1036                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1037                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1038                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1039       }
1040
1041       // Step 18. Undo move
1042       pos.undo_move(move);
1043
1044       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1045
1046       // Step 19. Check for a new best move
1047       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1048       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1049       // updating best move, PV and TT.
1050       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1051           return VALUE_ZERO;
1052
1053       if (rootNode)
1054       {
1055           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1056                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1057
1058           // PV move or new best move?
1059           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1060           {
1061               rm.score = value;
1062               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1063               rm.pv.resize(1);
1064
1065               assert((ss+1)->pv);
1066
1067               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1068                   rm.pv.push_back(*m);
1069
1070               // We record how often the best move has been changed in each
1071               // iteration. This information is used for time management: When
1072               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1073               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1074                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1075           }
1076           else
1077               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1078               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1079               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1080               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1081       }
1082
1083       if (value > bestValue)
1084       {
1085           bestValue = value;
1086
1087           if (value > alpha)
1088           {
1089               bestMove = move;
1090
1091               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1092                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1093
1094               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1095                   alpha = value;
1096               else
1097               {
1098                   assert(value >= beta); // Fail high
1099                   break;
1100               }
1101           }
1102       }
1103
1104       if (move != bestMove)
1105       {
1106           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1107               capturesSearched[captureCount++] = move;
1108
1109           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1110               quietsSearched[quietCount++] = move;
1111       }
1112     }
1113
1114     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1115     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1116     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1117     /*
1118        if (Threads.stop)
1119         return VALUE_DRAW;
1120     */
1121
1122     // Step 20. Check for mate and stalemate
1123     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1124     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1125     // return a fail low score.
1126
1127     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1128
1129     if (!moveCount)
1130         bestValue = excludedMove ? alpha
1131                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1132     else if (bestMove)
1133     {
1134         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1135         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1136             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1137         else
1138             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1139
1140         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1141         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1142             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1143     }
1144     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1145     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1146              && !pos.captured_piece()
1147              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1148         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1149
1150     if (PvNode)
1151         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1152
1153     if (!excludedMove)
1154         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1155                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1156                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1157                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1158
1159     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1160
1161     return bestValue;
1162   }
1163
1164
1165   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1166   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1167
1168   template <NodeType NT, bool InCheck>
1169   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1170
1171     const bool PvNode = NT == PV;
1172
1173     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1174     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1175     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1176     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1177     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1178
1179     Move pv[MAX_PLY+1];
1180     StateInfo st;
1181     TTEntry* tte;
1182     Key posKey;
1183     Move ttMove, move, bestMove;
1184     Depth ttDepth;
1185     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1186     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1187     int moveCount;
1188
1189     if (PvNode)
1190     {
1191         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1192         (ss+1)->pv = pv;
1193         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1194     }
1195
1196     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1197     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1198     moveCount = 0;
1199
1200     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1201     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1202         || ss->ply >= MAX_PLY)
1203         return (ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1204
1205     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1206
1207     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1208     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1209     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1210     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1211                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1212     // Transposition table lookup
1213     posKey = pos.key();
1214     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1215     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1216     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1217
1218     if (  !PvNode
1219         && ttHit
1220         && tte->depth() >= ttDepth
1221         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1222         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1223                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1224         return ttValue;
1225
1226     // Evaluate the position statically
1227     if (InCheck)
1228     {
1229         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1230         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1231     }
1232     else
1233     {
1234         if (ttHit)
1235         {
1236             // Never assume anything on values stored in TT
1237             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1238                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1239
1240             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1241             if (   ttValue != VALUE_NONE
1242                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1243                 bestValue = ttValue;
1244         }
1245         else
1246             ss->staticEval = bestValue =
1247             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1248                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1249
1250         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1251         if (bestValue >= beta)
1252         {
1253             if (!ttHit)
1254                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1255                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1256
1257             return bestValue;
1258         }
1259
1260         if (PvNode && bestValue > alpha)
1261             alpha = bestValue;
1262
1263         futilityBase = bestValue + 128;
1264     }
1265
1266     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1267     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1268     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1269     // be generated.
1270     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1271
1272     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1273     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1274     {
1275       assert(is_ok(move));
1276
1277       givesCheck = gives_check(pos, move);
1278
1279       moveCount++;
1280
1281       // Futility pruning
1282       if (   !InCheck
1283           && !givesCheck
1284           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1285           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1286       {
1287           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1288
1289           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1290
1291           if (futilityValue <= alpha)
1292           {
1293               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1294               continue;
1295           }
1296
1297           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1298           {
1299               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1300               continue;
1301           }
1302       }
1303
1304       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1305       evasionPrunable =    InCheck
1306                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1307                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1308                        && !pos.capture(move);
1309
1310       // Don't search moves with negative SEE values
1311       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1312           && !pos.see_ge(move))
1313           continue;
1314
1315       // Speculative prefetch as early as possible
1316       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1317
1318       // Check for legality just before making the move
1319       if (!pos.legal(move))
1320       {
1321           moveCount--;
1322           continue;
1323       }
1324
1325       ss->currentMove = move;
1326
1327       // Make and search the move
1328       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1329       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1330                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1331       pos.undo_move(move);
1332
1333       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1334
1335       // Check for a new best move
1336       if (value > bestValue)
1337       {
1338           bestValue = value;
1339
1340           if (value > alpha)
1341           {
1342               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1343                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1344
1345               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1346               {
1347                   alpha = value;
1348                   bestMove = move;
1349               }
1350               else // Fail high
1351               {
1352                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1353                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1354
1355                   return value;
1356               }
1357           }
1358        }
1359     }
1360
1361     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1362     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1363     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1364         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1365
1366     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1367               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1368               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1369
1370     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1371
1372     return bestValue;
1373   }
1374
1375
1376   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1377   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1378   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1379
1380   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1381
1382     assert(v != VALUE_NONE);
1383
1384     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1385           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1386   }
1387
1388
1389   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1390   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1391   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1392
1393   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1394
1395     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1396           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1397           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1398   }
1399
1400
1401   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1402
1403   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1404
1405     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1406         *pv++ = *childPv++;
1407     *pv = MOVE_NONE;
1408   }
1409
1410
1411   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1412   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1413
1414   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1415
1416     for (int i : {1, 2, 4})
1417         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1418             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1419   }
1420
1421
1422   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1423
1424   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1425                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1426
1427       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1428       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1429       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1430       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1431
1432       // Decrease all the other played capture moves
1433       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1434       {
1435           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1436           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1437           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1438       }
1439   }
1440
1441
1442   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1443
1444   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1445                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1446
1447     if (ss->killers[0] != move)
1448     {
1449         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1450         ss->killers[0] = move;
1451     }
1452
1453     Color us = pos.side_to_move();
1454     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1455     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1456     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1457
1458     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1459     {
1460         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1461         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1462     }
1463
1464     // Decrease all the other played quiet moves
1465     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1466     {
1467         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1468         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1469     }
1470   }
1471
1472   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1473   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1474
1475   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1476
1477     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1478     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1479
1480     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1481     Value topScore = rootMoves[0].score;
1482     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1483     int weakness = 120 - 2 * level;
1484     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1485
1486     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1487     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1488     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1489     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1490     {
1491         // This is our magic formula
1492         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1493                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1494
1495         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1496         {
1497             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1498             best = rootMoves[i].pv[0];
1499         }
1500     }
1501
1502     return best;
1503   }
1504
1505 } // namespace
1506
1507 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1508 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1509
1510 void MainThread::check_time() {
1511
1512   if (--callsCnt > 0)
1513       return;
1514
1515   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1516   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1517
1518   static TimePoint lastInfoTime = now();
1519
1520   int elapsed = Time.elapsed();
1521   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1522
1523   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1524   {
1525       lastInfoTime = tick;
1526       dbg_print();
1527   }
1528
1529   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1530   if (Threads.ponder)
1531       return;
1532
1533   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1534       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1535       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1536       Threads.stop = true;
1537 }
1538
1539
1540 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1541 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1542
1543 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1544
1545   std::stringstream ss;
1546   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1547   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1548   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1549   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1550   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1551   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1552
1553   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1554   {
1555       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1556
1557       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1558           continue;
1559
1560       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1561       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1562
1563       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1564       v = tb ? TB::Score : v;
1565
1566       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1567           ss << "\n";
1568
1569       ss << "info"
1570          << " depth "    << d / ONE_PLY
1571          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1572          << " multipv "  << i + 1
1573          << " score "    << UCI::value(v);
1574
1575       if (!tb && i == PVIdx)
1576           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1577
1578       ss << " nodes "    << nodesSearched
1579          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1580
1581       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1582           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1583
1584       ss << " tbhits "   << tbHits
1585          << " time "     << elapsed
1586          << " pv";
1587
1588       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1589           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1590   }
1591
1592   return ss.str();
1593 }
1594
1595
1596 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1597 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1598 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1599 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1600
1601 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1602
1603     StateInfo st;
1604     bool ttHit;
1605
1606     assert(pv.size() == 1);
1607
1608     if (!pv[0])
1609         return false;
1610
1611     pos.do_move(pv[0], st);
1612     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1613
1614     if (ttHit)
1615     {
1616         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1617         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1618             pv.push_back(m);
1619     }
1620
1621     pos.undo_move(pv[0]);
1622     return pv.size() > 1;
1623 }
1624
1625
1626 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1627
1628     RootInTB = false;
1629     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1630     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1631     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1632
1633     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1634     if (Cardinality > MaxCardinality)
1635     {
1636         Cardinality = MaxCardinality;
1637         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1638     }
1639
1640     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1641         return;
1642
1643     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1644     if (Options["MultiPV"] != 1)
1645         return;
1646
1647     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1648     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1649     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1650
1651     if (RootInTB)
1652         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1653
1654     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1655     {
1656         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1657         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1658
1659         // Only probe during search if winning
1660         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1661             Cardinality = 0;
1662     }
1663
1664     if (RootInTB && !UseRule50)
1665         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1666                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1667                                             :  VALUE_DRAW;
1668
1669     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1670     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1671     for (RootMove& rm : rootMoves)
1672         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1673 }