]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/search.cpp
5b6a048500b0842c1b59a97f7913532139ae54e0
[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   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
89   // and to avoid 3fold-blindness.
90   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
91     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
92                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   template <NodeType NT>
107   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
108
109   template <NodeType NT>
110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
111
112   Value value_to_tt(Value v, int ply);
113   Value value_from_tt(Value v, int ply);
114   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
115   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
116   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
117   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
118
119   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
120     Color us = pos.side_to_move();
121     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
122           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
123           : pos.gives_check(move);
124   }
125
126   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
127   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
128   template<bool Root>
129   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
130
131     StateInfo st;
132     uint64_t cnt, nodes = 0;
133     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
134
135     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
136     {
137         if (Root && depth <= ONE_PLY)
138             cnt = 1, nodes++;
139         else
140         {
141             pos.do_move(m, st);
142             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
143             nodes += cnt;
144             pos.undo_move(m);
145         }
146         if (Root)
147             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
148     }
149     return nodes;
150   }
151
152 } // namespace
153
154
155 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
156
157 void Search::init() {
158
159   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
160       for (int d = 1; d < 64; ++d)
161           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
162           {
163               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
164
165               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
166               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
167
168               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
169               if (!imp && r > 1.0)
170                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
171           }
172
173   for (int d = 0; d < 16; ++d)
174   {
175       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
176       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
177   }
178 }
179
180
181 /// Search::clear() resets search state to its initial value
182
183 void Search::clear() {
184
185   Threads.main()->wait_for_search_finished();
186
187   Time.availableNodes = 0;
188   TT.clear();
189   Threads.clear();
190   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
191 }
192
193
194 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
195 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
196
197 void MainThread::search() {
198
199   if (Limits.perft)
200   {
201       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
202       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
203       return;
204   }
205
206   Color us = rootPos.side_to_move();
207   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
208   TT.new_search();
209
210   if (rootMoves.empty())
211   {
212       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
213       sync_cout << "info depth 0 score "
214                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
215                 << sync_endl;
216   }
217   else
218   {
219       for (Thread* th : Threads)
220           if (th != this)
221               th->start_searching();
222
223       Thread::search(); // Let's start searching!
224   }
225
226   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
227   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
228   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
229   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
230   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
231   Threads.stopOnPonderhit = true;
232
233   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
234   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
235
236   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
237   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
238   Threads.stop = true;
239
240   // Wait until all threads have finished
241   for (Thread* th : Threads)
242       if (th != this)
243           th->wait_for_search_finished();
244
245   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
246   // the available ones before exiting.
247   if (Limits.npmsec)
248       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
249
250   // Check if there are threads with a better score than main thread
251   Thread* bestThread = this;
252   if (    Options["MultiPV"] == 1
253       && !Limits.depth
254       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
255       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
256   {
257       std::map<Move, int> votes;
258       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
259
260       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
261       for (Thread* th: Threads)
262       {
263           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
264           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] = 0;
265       }
266
267       // Vote according to score and depth
268       for (Thread* th : Threads)
269           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=  int(th->rootMoves[0].score - minScore)
270                                           + int(th->completedDepth);
271
272       // Select best thread
273       int bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
274       for (Thread* th : Threads)
275       {
276           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
277           {
278               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
279               bestThread = th;
280           }
281       }
282   }
283
284   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
285
286   // Send again PV info if we have a new best thread
287   if (bestThread != this)
288       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
289
290   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
291
292   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
293       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
294
295   std::cout << sync_endl;
296 }
297
298
299 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
300 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
301 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
302
303 void Thread::search() {
304
305   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
306   Move  pv[MAX_PLY+1];
307   Value bestValue, alpha, beta, delta;
308   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
309   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
310   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
311   double timeReduction = 1.0;
312   Color us = rootPos.side_to_move();
313   bool failedLow;
314
315   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
316   for (int i = 4; i > 0; i--)
317      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
318   ss->pv = pv;
319
320   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
321   beta = VALUE_INFINITE;
322
323   if (mainThread)
324       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
325
326   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
327   Skill skill(Options["Skill Level"]);
328
329   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
330   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
331   if (skill.enabled())
332       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
333
334   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
335
336   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
337
338   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
339   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
340       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
341           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
342           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
343           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
344           : ct;
345
346   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
347   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
348                           : -make_score(ct, ct / 2));
349
350   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
351   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
352          && !Threads.stop
353          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
354   {
355       // Distribute search depths across the helper threads
356       if (idx > 0)
357       {
358           int i = (idx - 1) % 20;
359           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
360               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
361       }
362
363       // Age out PV variability metric
364       if (mainThread)
365           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
366
367       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
368       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
369       for (RootMove& rm : rootMoves)
370           rm.previousScore = rm.score;
371
372       size_t pvFirst = 0;
373       pvLast = 0;
374
375       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
376       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
377       {
378           if (pvIdx == pvLast)
379           {
380               pvFirst = pvLast;
381               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
382                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
383                       break;
384           }
385
386           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
387           selDepth = 0;
388
389           // Reset aspiration window starting size
390           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
391           {
392               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
393               delta = Value(20);
394               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
395               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
396
397               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
398               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
399
400               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
401                                       : -make_score(dct, dct / 2));
402           }
403
404           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
405           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
406           // high/low anymore.
407           int failedHighCnt = 0;
408           while (true)
409           {
410               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
411               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
412
413               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
414               // is done with a stable algorithm because all the values but the
415               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
416               // and we want to keep the same order for all the moves except the
417               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
418               // search the already searched PV lines are preserved.
419               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
420
421               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
422               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
423               // the previous iteration.
424               if (Threads.stop)
425                   break;
426
427               // When failing high/low give some update (without cluttering
428               // the UI) before a re-search.
429               if (   mainThread
430                   && multiPV == 1
431                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
432                   && Time.elapsed() > 3000)
433                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
434
435               // In case of failing low/high increase aspiration window and
436               // re-search, otherwise exit the loop.
437               if (bestValue <= alpha)
438               {
439                   beta = (alpha + beta) / 2;
440                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
441
442                   if (mainThread)
443                   {
444                       failedHighCnt = 0;
445                       failedLow = true;
446                       Threads.stopOnPonderhit = false;
447                   }
448               }
449               else if (bestValue >= beta)
450               {
451                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
452                   if (mainThread)
453                       ++failedHighCnt;
454               }
455               else
456                   break;
457
458               delta += delta / 4 + 5;
459
460               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
461           }
462
463           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
464           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
465
466           if (    mainThread
467               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
468               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
469       }
470
471       if (!Threads.stop)
472           completedDepth = rootDepth;
473
474       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
475          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
476          lastBestMoveDepth = rootDepth;
477       }
478
479       // Have we found a "mate in x"?
480       if (   Limits.mate
481           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
482           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
483           Threads.stop = true;
484
485       if (!mainThread)
486           continue;
487
488       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
489       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
490           skill.pick_best(multiPV);
491
492       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
493       if (    Limits.use_time_management()
494           && !Threads.stop
495           && !Threads.stopOnPonderhit)
496           {
497               double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
498               fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
499
500               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
501               timeReduction = 1.0;
502               for (int i : {3, 4, 5})
503                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
504                      timeReduction *= 1.25;
505
506               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
507               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
508               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
509
510               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
511               if (   rootMoves.size() == 1
512                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
513               {
514                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
515                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
516                   if (Threads.ponder)
517                       Threads.stopOnPonderhit = true;
518                   else
519                       Threads.stop = true;
520               }
521           }
522   }
523
524   if (!mainThread)
525       return;
526
527   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
528
529   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
530   if (skill.enabled())
531       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
532                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
533 }
534
535
536 namespace {
537
538   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
539
540   template <NodeType NT>
541   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
542
543     constexpr bool PvNode = NT == PV;
544     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
545
546     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
547     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
548     if (   pos.rule50_count() >= 3
549         && alpha < VALUE_DRAW
550         && !rootNode
551         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
552     {
553         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
554         if (alpha >= beta)
555             return alpha;
556     }
557
558     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
559     if (depth < ONE_PLY)
560         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
561
562     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
563     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
564     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
565     assert(!(PvNode && cutNode));
566     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
567
568     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
569     StateInfo st;
570     TTEntry* tte;
571     Key posKey;
572     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
573     Depth extension, newDepth;
574     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
575     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
576     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
577     Piece movedPiece;
578     int moveCount, captureCount, quietCount;
579
580     // Step 1. Initialize node
581     Thread* thisThread = pos.this_thread();
582     inCheck = pos.checkers();
583     Color us = pos.side_to_move();
584     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
585     bestValue = -VALUE_INFINITE;
586     maxValue = VALUE_INFINITE;
587
588     // Check for the available remaining time
589     if (thisThread == Threads.main())
590         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
591
592     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
593     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
594         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
595
596     if (!rootNode)
597     {
598         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
599         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
600             || pos.is_draw(ss->ply)
601             || ss->ply >= MAX_PLY)
602             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
603                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
604
605         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
606         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
607         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
608         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
609         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
610         // mate. In this case return a fail-high score.
611         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
612         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
613         if (alpha >= beta)
614             return alpha;
615     }
616
617     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
618
619     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
620     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
621     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
622     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
623     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
624
625     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
626     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
627     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
628     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
629     // LMR which are based on the statScore of parent position.
630     (ss+2)->statScore = 0;
631
632     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
633     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
634     // position key in case of an excluded move.
635     excludedMove = ss->excludedMove;
636     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
637     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
638     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
639     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
640             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
641
642     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
643     if (  !PvNode
644         && ttHit
645         && tte->depth() >= depth
646         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
647         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
648                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
649     {
650         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
651         if (ttMove)
652         {
653             if (ttValue >= beta)
654             {
655                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
656                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
657
658                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
659                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
660                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
661             }
662             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
663             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
664             {
665                 int penalty = -stat_bonus(depth);
666                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
667                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
668             }
669         }
670         return ttValue;
671     }
672
673     // Step 5. Tablebases probe
674     if (!rootNode && TB::Cardinality)
675     {
676         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
677
678         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
679             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
680             &&  pos.rule50_count() == 0
681             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
682         {
683             TB::ProbeState err;
684             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
685
686             // Force check of time on the next occasion
687             if (thisThread == Threads.main())
688                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
689
690             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
691             {
692                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
693
694                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
695
696                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
697                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
698                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
699
700                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
701                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
702
703                 if (    b == BOUND_EXACT
704                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
705                 {
706                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
707                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
708                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
709
710                     return value;
711                 }
712
713                 if (PvNode)
714                 {
715                     if (b == BOUND_LOWER)
716                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
717                     else
718                         maxValue = value;
719                 }
720             }
721         }
722     }
723
724     // Step 6. Static evaluation of the position
725     if (inCheck)
726     {
727         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
728         improving = false;
729         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
730     }
731     else if (ttHit)
732     {
733         // Never assume anything on values stored in TT
734         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
735         if (eval == VALUE_NONE)
736             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
737
738         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
739         if (    ttValue != VALUE_NONE
740             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
741             eval = ttValue;
742     }
743     else
744     {
745         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
746         {
747             int p = (ss-1)->statScore;
748             int bonus = p > 0 ? (-p - 2500) / 512 :
749                         p < 0 ? (-p + 2500) / 512 : 0;
750
751             pureStaticEval = evaluate(pos);
752             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
753         }
754         else
755             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
756
757         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
758     }
759
760     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
761     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
762         &&  depth < 2 * ONE_PLY
763         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
764         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
765
766     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
767                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
768
769     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
770     if (   !PvNode
771         &&  depth < 7 * ONE_PLY
772         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
773         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
774         return eval;
775
776     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
777     if (   !PvNode
778         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
779         && (ss-1)->statScore < 23200
780         &&  eval >= beta
781         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
782         && !excludedMove
783         &&  pos.non_pawn_material(us)
784         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
785     {
786         assert(eval - beta >= 0);
787
788         // Null move dynamic reduction based on depth and value
789         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
790
791         ss->currentMove = MOVE_NULL;
792         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
793
794         pos.do_null_move(st);
795
796         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
797
798         pos.undo_null_move();
799
800         if (nullValue >= beta)
801         {
802             // Do not return unproven mate scores
803             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
804                 nullValue = beta;
805
806             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
807                 return nullValue;
808
809             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
810
811             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
812             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
813             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
814             thisThread->nmpColor = us;
815
816             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
817
818             thisThread->nmpMinPly = 0;
819
820             if (v >= beta)
821                 return nullValue;
822         }
823     }
824
825     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
826     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
827     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
828     if (   !PvNode
829         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
830         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
831     {
832         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
833         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
834         int probCutCount = 0;
835
836         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
837                && probCutCount < 3)
838             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
839             {
840                 probCutCount++;
841
842                 ss->currentMove = move;
843                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
844
845                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
846
847                 pos.do_move(move, st);
848
849                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
850                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
851
852                 // If the qsearch held perform the regular search
853                 if (value >= raisedBeta)
854                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
855
856                 pos.undo_move(move);
857
858                 if (value >= raisedBeta)
859                     return value;
860             }
861     }
862
863     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
864     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
865         && !ttMove)
866     {
867         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
868
869         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
870         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
871         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
872     }
873
874 moves_loop: // When in check, search starts from here
875
876     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
877     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
878
879     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
880                                       &thisThread->captureHistory,
881                                       contHist,
882                                       countermove,
883                                       ss->killers);
884     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
885
886     skipQuiets = false;
887     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
888     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
889
890     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
891     // or a beta cutoff occurs.
892     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
893     {
894       assert(is_ok(move));
895
896       if (move == excludedMove)
897           continue;
898
899       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
900       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
901       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
902       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
903       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
904                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
905           continue;
906
907       ss->moveCount = ++moveCount;
908
909       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
910           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
911                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
912                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
913       if (PvNode)
914           (ss+1)->pv = nullptr;
915
916       extension = DEPTH_ZERO;
917       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
918       movedPiece = pos.moved_piece(move);
919       givesCheck = gives_check(pos, move);
920
921       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
922                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
923
924       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
925
926       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
927       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
928       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
929       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
930       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
931       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
932           &&  move == ttMove
933           && !rootNode
934           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
935           &&  ttValue != VALUE_NONE
936           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
937           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
938           &&  pos.legal(move))
939       {
940           Value reducedBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
941           ss->excludedMove = move;
942           value = search<NonPV>(pos, ss, reducedBeta - 1, reducedBeta, depth / 2, cutNode);
943           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
944
945           if (value < reducedBeta)
946               extension = ONE_PLY;
947       }
948       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
949                &&  pos.see_ge(move))
950           extension = ONE_PLY;
951
952       // Extension if castling
953       else if (type_of(move) == CASTLING)
954           extension = ONE_PLY;
955
956       // Calculate new depth for this move
957       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
958
959       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
960       if (  !rootNode
961           && pos.non_pawn_material(us)
962           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
963       {
964           if (   !captureOrPromotion
965               && !givesCheck
966               && !pos.advanced_pawn_push(move))
967           {
968               // Move count based pruning (~30 Elo)
969               if (moveCountPruning)
970               {
971                   skipQuiets = true;
972                   continue;
973               }
974
975               // Reduced depth of the next LMR search
976               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
977
978               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
979               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
980                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
981                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
982                   continue;
983
984               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
985               if (   lmrDepth < 7
986                   && !inCheck
987                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
988                   continue;
989
990               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
991               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
992                   continue;
993           }
994           else if (   !extension // (~20 Elo)
995                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
996                   continue;
997       }
998
999       // Speculative prefetch as early as possible
1000       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1001
1002       // Check for legality just before making the move
1003       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1004       {
1005           ss->moveCount = --moveCount;
1006           continue;
1007       }
1008
1009       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1010       ss->currentMove = move;
1011       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1012
1013       // Step 15. Make the move
1014       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1015
1016       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1017       // re-searched at full depth.
1018       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1019           &&  moveCount > 1
1020           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1021       {
1022           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1023
1024           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1025           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1026               r -= ONE_PLY;
1027
1028           if (!captureOrPromotion)
1029           {
1030               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1031               if (pvExact)
1032                   r -= ONE_PLY;
1033
1034               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1035               if (ttCapture)
1036                   r += ONE_PLY;
1037
1038               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1039               if (cutNode)
1040                   r += 2 * ONE_PLY;
1041
1042               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1043               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1044               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1045               else if (    type_of(move) == NORMAL
1046                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1047                   r -= 2 * ONE_PLY;
1048
1049               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1050                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1051                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1052                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1053                              - 4000;
1054
1055               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1056               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1057                   r -= ONE_PLY;
1058
1059               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1060                   r += ONE_PLY;
1061
1062               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1063               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1064           }
1065
1066           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1067
1068           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1069
1070           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1071       }
1072       else
1073           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1074
1075       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1076       if (doFullDepthSearch)
1077           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1078
1079       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1080       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1081       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1082       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1083       {
1084           (ss+1)->pv = pv;
1085           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1086
1087           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1088       }
1089
1090       // Step 18. Undo move
1091       pos.undo_move(move);
1092
1093       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1094
1095       // Step 19. Check for a new best move
1096       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1097       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1098       // updating best move, PV and TT.
1099       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1100           return VALUE_ZERO;
1101
1102       if (rootNode)
1103       {
1104           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1105                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1106
1107           // PV move or new best move?
1108           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1109           {
1110               rm.score = value;
1111               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1112               rm.pv.resize(1);
1113
1114               assert((ss+1)->pv);
1115
1116               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1117                   rm.pv.push_back(*m);
1118
1119               // We record how often the best move has been changed in each
1120               // iteration. This information is used for time management: When
1121               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1122               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1123                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1124           }
1125           else
1126               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1127               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1128               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1129               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1130       }
1131
1132       if (value > bestValue)
1133       {
1134           bestValue = value;
1135
1136           if (value > alpha)
1137           {
1138               bestMove = move;
1139
1140               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1141                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1142
1143               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1144                   alpha = value;
1145               else
1146               {
1147                   assert(value >= beta); // Fail high
1148                   ss->statScore = 0;
1149                   break;
1150               }
1151           }
1152       }
1153
1154       if (move != bestMove)
1155       {
1156           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1157               capturesSearched[captureCount++] = move;
1158
1159           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1160               quietsSearched[quietCount++] = move;
1161       }
1162     }
1163
1164     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1165     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1166     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1167     /*
1168        if (Threads.stop)
1169         return VALUE_DRAW;
1170     */
1171
1172     // Step 20. Check for mate and stalemate
1173     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1174     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1175     // return a fail low score.
1176
1177     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1178
1179     if (!moveCount)
1180         bestValue = excludedMove ? alpha
1181                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1182     else if (bestMove)
1183     {
1184         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1185         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1186             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1187                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1188
1189         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1190
1191         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1192         if (   (ss-1)->moveCount == 1
1193             || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0] && (ss-1)->killers[0]))
1194             if (!pos.captured_piece())
1195                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1196
1197     }
1198     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1199     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1200              && !pos.captured_piece()
1201              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1202         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1203
1204     if (PvNode)
1205         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1206
1207     if (!excludedMove)
1208         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1209                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1210                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1211                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1212
1213     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1214
1215     return bestValue;
1216   }
1217
1218
1219   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1220   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1221   template <NodeType NT>
1222   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1223
1224     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1225
1226     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1227     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1228     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1229     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1230
1231     Move pv[MAX_PLY+1];
1232     StateInfo st;
1233     TTEntry* tte;
1234     Key posKey;
1235     Move ttMove, move, bestMove;
1236     Depth ttDepth;
1237     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1238     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1239     int moveCount;
1240
1241     if (PvNode)
1242     {
1243         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1244         (ss+1)->pv = pv;
1245         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1246     }
1247
1248     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1249     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1250     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1251     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1252     inCheck = pos.checkers();
1253     moveCount = 0;
1254
1255     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1256     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1257         || ss->ply >= MAX_PLY)
1258         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1259
1260     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1261
1262     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1263     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1264     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1265     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1266                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1267     // Transposition table lookup
1268     posKey = pos.key();
1269     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1270     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1271     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1272
1273     if (  !PvNode
1274         && ttHit
1275         && tte->depth() >= ttDepth
1276         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1277         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1278                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1279         return ttValue;
1280
1281     // Evaluate the position statically
1282     if (inCheck)
1283     {
1284         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1285         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1286     }
1287     else
1288     {
1289         if (ttHit)
1290         {
1291             // Never assume anything on values stored in TT
1292             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1293                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1294
1295             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1296             if (    ttValue != VALUE_NONE
1297                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1298                 bestValue = ttValue;
1299         }
1300         else
1301             ss->staticEval = bestValue =
1302             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1303                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1304
1305         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1306         if (bestValue >= beta)
1307         {
1308             if (!ttHit)
1309                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1310                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1311
1312             return bestValue;
1313         }
1314
1315         if (PvNode && bestValue > alpha)
1316             alpha = bestValue;
1317
1318         futilityBase = bestValue + 128;
1319     }
1320
1321     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1322
1323     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1324     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1325     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1326     // be generated.
1327     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1328                                       &thisThread->captureHistory,
1329                                       contHist,
1330                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1331
1332     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1333     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1334     {
1335       assert(is_ok(move));
1336
1337       givesCheck = gives_check(pos, move);
1338
1339       moveCount++;
1340
1341       // Futility pruning
1342       if (   !inCheck
1343           && !givesCheck
1344           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1345           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1346       {
1347           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1348
1349           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1350
1351           if (futilityValue <= alpha)
1352           {
1353               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1354               continue;
1355           }
1356
1357           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1358           {
1359               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1360               continue;
1361           }
1362       }
1363
1364       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1365       evasionPrunable =    inCheck
1366                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1367                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1368                        && !pos.capture(move);
1369
1370       // Don't search moves with negative SEE values
1371       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1372           && !pos.see_ge(move))
1373           continue;
1374
1375       // Speculative prefetch as early as possible
1376       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1377
1378       // Check for legality just before making the move
1379       if (!pos.legal(move))
1380       {
1381           moveCount--;
1382           continue;
1383       }
1384
1385       ss->currentMove = move;
1386       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1387
1388       // Make and search the move
1389       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1390       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1391       pos.undo_move(move);
1392
1393       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1394
1395       // Check for a new best move
1396       if (value > bestValue)
1397       {
1398           bestValue = value;
1399
1400           if (value > alpha)
1401           {
1402               bestMove = move;
1403
1404               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1405                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1406
1407               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1408                   alpha = value;
1409               else
1410                   break; // Fail high
1411           }
1412        }
1413     }
1414
1415     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1416     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1417     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1418         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1419
1420     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1421               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1422               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1423               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1424
1425     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1426
1427     return bestValue;
1428   }
1429
1430
1431   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1432   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1433   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1434
1435   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1436
1437     assert(v != VALUE_NONE);
1438
1439     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1440           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1441   }
1442
1443
1444   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1445   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1446   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1447
1448   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1449
1450     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1451           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1452           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1453   }
1454
1455
1456   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1457
1458   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1459
1460     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1461         *pv++ = *childPv++;
1462     *pv = MOVE_NONE;
1463   }
1464
1465
1466   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1467   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1468
1469   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1470
1471     for (int i : {1, 2, 4})
1472         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1473             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1474   }
1475
1476
1477   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1478
1479   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1480                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1481
1482       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1483       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1484       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1485
1486       if (pos.capture_or_promotion(move))
1487           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1488
1489       // Decrease all the other played capture moves
1490       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1491       {
1492           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1493           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1494           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1495       }
1496   }
1497
1498
1499   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1500
1501   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1502                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1503
1504     if (ss->killers[0] != move)
1505     {
1506         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1507         ss->killers[0] = move;
1508     }
1509
1510     Color us = pos.side_to_move();
1511     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1512     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1513     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1514
1515     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1516     {
1517         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1518         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1519     }
1520
1521     // Decrease all the other played quiet moves
1522     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1523     {
1524         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1525         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1526     }
1527   }
1528
1529   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1530   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1531
1532   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1533
1534     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1535     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1536
1537     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1538     Value topScore = rootMoves[0].score;
1539     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1540     int weakness = 120 - 2 * level;
1541     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1542
1543     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1544     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1545     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1546     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1547     {
1548         // This is our magic formula
1549         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1550                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1551
1552         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1553         {
1554             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1555             best = rootMoves[i].pv[0];
1556         }
1557     }
1558
1559     return best;
1560   }
1561
1562 } // namespace
1563
1564 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1565 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1566
1567 void MainThread::check_time() {
1568
1569   if (--callsCnt > 0)
1570       return;
1571
1572   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1573   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1574
1575   static TimePoint lastInfoTime = now();
1576
1577   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1578   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1579
1580   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1581   {
1582       lastInfoTime = tick;
1583       dbg_print();
1584   }
1585
1586   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1587   if (Threads.ponder)
1588       return;
1589
1590   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1591       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1592       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1593       Threads.stop = true;
1594 }
1595
1596
1597 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1598 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1599
1600 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1601
1602   std::stringstream ss;
1603   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1604   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1605   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1606   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1607   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1608   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1609
1610   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1611   {
1612       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1613
1614       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1615           continue;
1616
1617       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1618       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1619
1620       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1621       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1622
1623       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1624           ss << "\n";
1625
1626       ss << "info"
1627          << " depth "    << d / ONE_PLY
1628          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1629          << " multipv "  << i + 1
1630          << " score "    << UCI::value(v);
1631
1632       if (!tb && i == pvIdx)
1633           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1634
1635       ss << " nodes "    << nodesSearched
1636          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1637
1638       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1639           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1640
1641       ss << " tbhits "   << tbHits
1642          << " time "     << elapsed
1643          << " pv";
1644
1645       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1646           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1647   }
1648
1649   return ss.str();
1650 }
1651
1652
1653 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1654 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1655 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1656 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1657
1658 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1659
1660     StateInfo st;
1661     bool ttHit;
1662
1663     assert(pv.size() == 1);
1664
1665     if (!pv[0])
1666         return false;
1667
1668     pos.do_move(pv[0], st);
1669     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1670
1671     if (ttHit)
1672     {
1673         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1674         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1675             pv.push_back(m);
1676     }
1677
1678     pos.undo_move(pv[0]);
1679     return pv.size() > 1;
1680 }
1681
1682 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1683
1684     RootInTB = false;
1685     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1686     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1687     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1688     bool dtz_available = true;
1689
1690     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1691     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1692     if (Cardinality > MaxCardinality)
1693     {
1694         Cardinality = MaxCardinality;
1695         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1696     }
1697
1698     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1699     {
1700         // Rank moves using DTZ tables
1701         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1702
1703         if (!RootInTB)
1704         {
1705             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1706             dtz_available = false;
1707             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1708         }
1709     }
1710
1711     if (RootInTB)
1712     {
1713         // Sort moves according to TB rank
1714         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1715                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1716
1717         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1718         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1719             Cardinality = 0;
1720     }
1721     else
1722     {
1723         // Assign the same rank to all moves
1724         for (auto& m : rootMoves)
1725             m.tbRank = 0;
1726     }
1727 }