5f43460ac4c555982a5731e21f4bb2143b679b27
[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) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "evaluate.h"
28 #include "movegen.h"
29 #include "movepick.h"
30 #include "rkiss.h"
31 #include "search.h"
32 #include "timeman.h"
33 #include "thread.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36
37 namespace Search {
38
39   volatile SignalsType Signals;
40   LimitsType Limits;
41   std::vector<RootMove> RootMoves;
42   Position RootPos;
43   Time::point SearchTime;
44   StateStackPtr SetupStates;
45 }
46
47 using std::string;
48 using Eval::evaluate;
49 using namespace Search;
50
51 namespace {
52
53   // Different node types, used as template parameter
54   enum NodeType { Root, PV, NonPV };
55
56   // Dynamic razoring margin based on depth
57   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 32 * d); }
58
59   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
60   int FutilityMoveCounts[2][32]; // [improving][depth]
61
62   inline Value futility_margin(Depth d) {
63     return Value(200 * d);
64   }
65
66   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
67   int8_t Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
68
69   template <bool PvNode> inline Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
70     return (Depth) Reductions[PvNode][i][std::min(int(d), 63)][std::min(mn, 63)];
71   }
72
73   size_t PVIdx;
74   TimeManager TimeMgr;
75   double BestMoveChanges;
76   Value DrawValue[COLOR_NB];
77   HistoryStats History;
78   GainsStats Gains;
79   MovesStats Countermoves, Followupmoves;
80
81   template <NodeType NT, bool SpNode>
82   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
83
84   template <NodeType NT, bool InCheck>
85   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
86
87   void id_loop(Position& pos);
88   Value value_to_tt(Value v, int ply);
89   Value value_from_tt(Value v, int ply);
90   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
91   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
92
93   struct Skill {
94     Skill(int l, size_t rootSize) : level(l),
95                                     candidates(l < 20 ? std::min(4, (int)rootSize) : 0),
96                                     best(MOVE_NONE) {}
97    ~Skill() {
98       if (candidates) // Swap best PV line with the sub-optimal one
99           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
100                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
101     }
102
103     size_t candidates_size() const { return candidates; }
104     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
105     Move pick_move();
106
107     int level;
108     size_t candidates;
109     Move best;
110   };
111
112 } // namespace
113
114
115 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
116
117 void Search::init() {
118
119   // Init reductions array
120   for (int d = 1; d < 64; ++d)
121       for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
122       {
123           double    pvRed = 0.00 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 3.00;
124           double nonPVRed = 0.33 + log(double(d)) * log(double(mc)) / 2.25;
125
126           Reductions[1][1][d][mc] = int8_t(   pvRed >= 1.0 ?    pvRed + 0.5: 0);
127           Reductions[0][1][d][mc] = int8_t(nonPVRed >= 1.0 ? nonPVRed + 0.5: 0);
128
129           Reductions[1][0][d][mc] = Reductions[1][1][d][mc];
130           Reductions[0][0][d][mc] = Reductions[0][1][d][mc];
131
132           // Increase reduction when eval is not improving
133           if (Reductions[0][0][d][mc] >= 2)
134               Reductions[0][0][d][mc] += 1;
135       }
136
137   // Init futility move count array
138   for (int d = 0; d < 32; ++d)
139   {
140       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
141       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
142   }
143 }
144
145
146 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
147 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
148 template<bool Root>
149 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
150
151   StateInfo st;
152   uint64_t cnt, nodes = 0;
153   CheckInfo ci(pos);
154   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
155
156   for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
157   {
158       if (Root && depth <= ONE_PLY)
159           cnt = 1, nodes++;
160       else
161       {
162           pos.do_move(*it, st, ci, pos.gives_check(*it, ci));
163           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
164           nodes += cnt;
165           pos.undo_move(*it);
166       }
167       if (Root)
168           sync_cout << UCI::format_move(*it, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
169   }
170   return nodes;
171 }
172
173 template uint64_t Search::perft<true>(Position& pos, Depth depth);
174
175
176 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
177 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
178 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
179
180 void Search::think() {
181
182   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootPos.side_to_move());
183
184   int cf = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
185   DrawValue[ RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW - Value(cf);
186   DrawValue[~RootPos.side_to_move()] = VALUE_DRAW + Value(cf);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << UCI::format_value(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   // Reset the threads, still sleeping: will wake up at split time
199   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
200       Threads[i]->maxPly = 0;
201
202   Threads.timer->run = true;
203   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
204
205   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
206
207   Threads.timer->run = false; // Stop the timer
208
209 finalize:
210
211   // When search is stopped this info is not printed
212   sync_cout << "info nodes " << RootPos.nodes_searched()
213             << " time " << Time::now() - SearchTime + 1 << sync_endl;
214
215   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
216   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
217   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
218   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
219   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
220   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
221   {
222       Signals.stopOnPonderhit = true;
223       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
224   }
225
226   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
227   sync_cout << "bestmove " << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
228             << " ponder "  << UCI::format_move(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
229             << sync_endl;
230 }
231
232
233 namespace {
234
235   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
236   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
237   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
238
239   void id_loop(Position& pos) {
240
241     Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
242     int depth;
243     Value bestValue, alpha, beta, delta;
244
245     std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
246
247     depth = 0;
248     BestMoveChanges = 0;
249     bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
250     beta = VALUE_INFINITE;
251
252     TT.new_search();
253     History.clear();
254     Gains.clear();
255     Countermoves.clear();
256     Followupmoves.clear();
257
258     size_t multiPV = Options["MultiPV"];
259     Skill skill(Options["Skill Level"], RootMoves.size());
260
261     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
262     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
263     multiPV = std::max(multiPV, skill.candidates_size());
264
265     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
266     while (++depth < MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
267     {
268         // Age out PV variability metric
269         BestMoveChanges *= 0.5;
270
271         // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
272         // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
273         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); ++i)
274             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
275
276         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
277         for (PVIdx = 0; PVIdx < std::min(multiPV, RootMoves.size()) && !Signals.stop; ++PVIdx)
278         {
279             // Reset aspiration window starting size
280             if (depth >= 5)
281             {
282                 delta = Value(16);
283                 alpha = std::max(RootMoves[PVIdx].prevScore - delta,-VALUE_INFINITE);
284                 beta  = std::min(RootMoves[PVIdx].prevScore + delta, VALUE_INFINITE);
285             }
286
287             // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
288             // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
289             // high/low anymore.
290             while (true)
291             {
292                 bestValue = search<Root, false>(pos, ss, alpha, beta, depth * ONE_PLY, false);
293
294                 // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
295                 // is done with a stable algorithm because all the values but the
296                 // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
297                 // and we want to keep the same order for all the moves except the
298                 // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
299                 // search the already searched PV lines are preserved.
300                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
301
302                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
303                 // entries have been overwritten during the search.
304                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
305                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
306
307                 // If search has been stopped break immediately. Sorting and
308                 // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
309                 // valid, although it refers to previous iteration.
310                 if (Signals.stop)
311                     break;
312
313                 // When failing high/low give some update (without cluttering
314                 // the UI) before a re-search.
315                 if (  (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
316                     && Time::now() - SearchTime > 3000)
317                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
318
319                 // In case of failing low/high increase aspiration window and
320                 // re-search, otherwise exit the loop.
321                 if (bestValue <= alpha)
322                 {
323                     beta = (alpha + beta) / 2;
324                     alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
325
326                     Signals.failedLowAtRoot = true;
327                     Signals.stopOnPonderhit = false;
328                 }
329                 else if (bestValue >= beta)
330                 {
331                     alpha = (alpha + beta) / 2;
332                     beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
333                 }
334                 else
335                     break;
336
337                 delta += delta / 2;
338
339                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
340             }
341
342             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
343             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
344
345             if (   !Signals.stop
346                 && (   PVIdx + 1 == std::min(multiPV, RootMoves.size())
347                     || Time::now() - SearchTime > 3000))
348                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
349         }
350
351         // If skill levels are enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
352         if (skill.candidates_size() && skill.time_to_pick(depth))
353             skill.pick_move();
354
355         // Have we found a "mate in x"?
356         if (   Limits.mate
357             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
358             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
359             Signals.stop = true;
360
361         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
362         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
363         {
364             // Take some extra time if the best move has changed
365             if (depth > 4 && multiPV == 1)
366                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges);
367
368             // Stop the search if only one legal move is available or all
369             // of the available time has been used.
370             if (   RootMoves.size() == 1
371                 || Time::now() - SearchTime > TimeMgr.available_time())
372             {
373                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
374                 // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
375                 if (Limits.ponder)
376                     Signals.stopOnPonderhit = true;
377                 else
378                     Signals.stop = true;
379             }
380         }
381     }
382   }
383
384
385   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
386   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
387   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
388   // search, and searched the first move before splitting, so we don't have to
389   // repeat all this work again. We also don't need to store anything to the hash
390   // table here: This is taken care of after we return from the split point.
391
392   template <NodeType NT, bool SpNode>
393   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
394
395     const bool RootNode = NT == Root;
396     const bool PvNode   = NT == PV || NT == Root;
397
398     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
399     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
400     assert(depth > DEPTH_ZERO);
401
402     Move quietsSearched[64];
403     StateInfo st;
404     const TTEntry *tte;
405     SplitPoint* splitPoint;
406     Key posKey;
407     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
408     Depth ext, newDepth, predictedDepth;
409     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
410     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode, improving;
411     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
412     int moveCount, quietCount;
413
414     // Step 1. Initialize node
415     Thread* thisThread = pos.this_thread();
416     inCheck = pos.checkers();
417
418     if (SpNode)
419     {
420         splitPoint = ss->splitPoint;
421         bestMove   = splitPoint->bestMove;
422         bestValue  = splitPoint->bestValue;
423         tte = NULL;
424         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
425         ttValue = VALUE_NONE;
426
427         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
428
429         goto moves_loop;
430     }
431
432     moveCount = quietCount = 0;
433     bestValue = -VALUE_INFINITE;
434     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
435
436     // Used to send selDepth info to GUI
437     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
438         thisThread->maxPly = ss->ply;
439
440     if (!RootNode)
441     {
442         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
443         if (Signals.stop || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
444             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
445
446         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
447         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
448         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
449         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
450         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
451         // mate. In this case return a fail-high score.
452         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
453         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
454         if (alpha >= beta)
455             return alpha;
456     }
457
458     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
459
460     ss->currentMove = ss->ttMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
461     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
462     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
463
464     // Step 4. Transposition table lookup
465     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
466     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
467     excludedMove = ss->excludedMove;
468     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
469     tte = TT.probe(posKey);
470     ss->ttMove = ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
471     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
472
473     // At PV nodes we check for exact scores, whilst at non-PV nodes we check for
474     // a fail high/low. The biggest advantage to probing at PV nodes is to have a
475     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
476     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
477     if (   !RootNode
478         && tte
479         && tte->depth() >= depth
480         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
481         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
482             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
483                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
484     {
485         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
486
487         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move and followup move on TT hit
488         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove) && !inCheck)
489             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, NULL, 0);
490
491         return ttValue;
492     }
493
494     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
495     if (inCheck)
496     {
497         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
498         goto moves_loop;
499     }
500
501     else if (tte)
502     {
503         // Never assume anything on values stored in TT
504         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
505             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
506
507         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
508         if (ttValue != VALUE_NONE)
509             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
510                 eval = ttValue;
511     }
512     else
513     {
514         eval = ss->staticEval =
515         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
516
517         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
518     }
519
520     if (   !pos.captured_piece_type()
521         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
522         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
523         && (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
524         &&  move != MOVE_NONE
525         &&  type_of(move) == NORMAL)
526     {
527         Square to = to_sq(move);
528         Gains.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
529     }
530
531     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
532     if (   !PvNode
533         &&  depth < 4 * ONE_PLY
534         &&  eval + razor_margin(depth) <= alpha
535         &&  ttMove == MOVE_NONE
536         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
537     {
538         if (   depth <= ONE_PLY
539             && eval + razor_margin(3 * ONE_PLY) <= alpha)
540             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
541
542         Value ralpha = alpha - razor_margin(depth);
543         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
544         if (v <= ralpha)
545             return v;
546     }
547
548     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
549     if (   !PvNode
550         && !ss->skipNullMove
551         &&  depth < 7 * ONE_PLY
552         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
553         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
554         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
555         return eval - futility_margin(depth);
556
557     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
558     if (   !PvNode
559         && !ss->skipNullMove
560         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
561         &&  eval >= beta
562         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
563     {
564         ss->currentMove = MOVE_NULL;
565
566         assert(eval - beta >= 0);
567
568         // Null move dynamic reduction based on depth and value
569         Depth R = (3 + depth / 4 + std::min(int(eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
570
571         pos.do_null_move(st);
572         (ss+1)->skipNullMove = true;
573         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
574                                       : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
575         (ss+1)->skipNullMove = false;
576         pos.undo_null_move();
577
578         if (nullValue >= beta)
579         {
580             // Do not return unproven mate scores
581             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
582                 nullValue = beta;
583
584             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
585                 return nullValue;
586
587             // Do verification search at high depths
588             ss->skipNullMove = true;
589             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
590                                         :  search<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
591             ss->skipNullMove = false;
592
593             if (v >= beta)
594                 return nullValue;
595         }
596     }
597
598     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
599     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
600     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
601     // prune the previous move.
602     if (   !PvNode
603         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
604         && !ss->skipNullMove
605         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
606     {
607         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
608         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
609
610         assert(rdepth >= ONE_PLY);
611         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
612         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
613
614         MovePicker mp(pos, ttMove, History, pos.captured_piece_type());
615         CheckInfo ci(pos);
616
617         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
618             if (pos.legal(move, ci.pinned))
619             {
620                 ss->currentMove = move;
621                 pos.do_move(move, st, ci, pos.gives_check(move, ci));
622                 value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
623                 pos.undo_move(move);
624                 if (value >= rbeta)
625                     return value;
626             }
627     }
628
629     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
630     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
631         && !ttMove
632         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
633     {
634         Depth d = 2 * (depth - 2 * ONE_PLY) - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 2);
635         ss->skipNullMove = true;
636         search<PvNode ? PV : NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, d / 2, true);
637         ss->skipNullMove = false;
638
639         tte = TT.probe(posKey);
640         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
641     }
642
643 moves_loop: // When in check and at SpNode search starts from here
644
645     Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
646     Move countermoves[] = { Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].first,
647                             Countermoves[pos.piece_on(prevMoveSq)][prevMoveSq].second };
648
649     Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
650     Move followupmoves[] = { Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].first,
651                              Followupmoves[pos.piece_on(prevOwnMoveSq)][prevOwnMoveSq].second };
652
653     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, countermoves, followupmoves, ss);
654     CheckInfo ci(pos);
655     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
656     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
657                || ss->staticEval == VALUE_NONE
658                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
659
660     singularExtensionNode =   !RootNode
661                            && !SpNode
662                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
663                            &&  ttMove != MOVE_NONE
664                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
665                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
666                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
667                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
668                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
669
670     // Step 11. Loop through moves
671     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
672     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
673     {
674       assert(is_ok(move));
675
676       if (move == excludedMove)
677           continue;
678
679       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
680       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
681       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
682       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
683           continue;
684
685       if (SpNode)
686       {
687           // Shared counter cannot be decremented later if the move turns out to be illegal
688           if (!pos.legal(move, ci.pinned))
689               continue;
690
691           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
692           splitPoint->mutex.unlock();
693       }
694       else
695           ++moveCount;
696
697       if (RootNode)
698       {
699           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
700
701           if (thisThread == Threads.main() && Time::now() - SearchTime > 3000)
702               sync_cout << "info depth " << depth
703                         << " currmove " << UCI::format_move(move, pos.is_chess960())
704                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
705       }
706
707       ext = DEPTH_ZERO;
708       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
709
710       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
711                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
712                   : pos.gives_check(move, ci);
713
714       dangerous =   givesCheck
715                  || type_of(move) != NORMAL
716                  || pos.advanced_pawn_push(move);
717
718       // Step 12. Extend checks
719       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
720           ext = ONE_PLY;
721
722       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
723       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
724       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
725       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
726       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
727       if (    singularExtensionNode
728           &&  move == ttMove
729           && !ext
730           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
731       {
732           Value rBeta = ttValue - int(2 * depth);
733           ss->excludedMove = move;
734           ss->skipNullMove = true;
735           value = search<NonPV, false>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
736           ss->skipNullMove = false;
737           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
738
739           if (value < rBeta)
740               ext = ONE_PLY;
741       }
742
743       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
744       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
745
746       // Step 13. Pruning at shallow depth (exclude PV nodes)
747       if (   !PvNode
748           && !captureOrPromotion
749           && !inCheck
750           && !dangerous
751           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
752       {
753           // Move count based pruning
754           if (   depth < 16 * ONE_PLY
755               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
756           {
757               if (SpNode)
758                   splitPoint->mutex.lock();
759
760               continue;
761           }
762
763           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
764
765           // Futility pruning: parent node
766           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
767           {
768               futilityValue =  ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth)
769                              + 128 + Gains[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
770
771               if (futilityValue <= alpha)
772               {
773                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
774
775                   if (SpNode)
776                   {
777                       splitPoint->mutex.lock();
778                       if (bestValue > splitPoint->bestValue)
779                           splitPoint->bestValue = bestValue;
780                   }
781                   continue;
782               }
783           }
784
785           // Prune moves with negative SEE at low depths
786           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
787           {
788               if (SpNode)
789                   splitPoint->mutex.lock();
790
791               continue;
792           }
793       }
794
795       // Speculative prefetch as early as possible
796       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
797
798       // Check for legality just before making the move
799       if (!RootNode && !SpNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
800       {
801           moveCount--;
802           continue;
803       }
804
805       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
806       ss->currentMove = move;
807       if (!SpNode && !captureOrPromotion && quietCount < 64)
808           quietsSearched[quietCount++] = move;
809
810       // Step 14. Make the move
811       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
812
813       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
814       // re-searched at full depth.
815       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
816           &&  moveCount > 1
817           && !captureOrPromotion
818           &&  move != ss->killers[0]
819           &&  move != ss->killers[1])
820       {
821           ss->reduction = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
822
823           if (   (!PvNode && cutNode)
824               ||  History[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < 0)
825               ss->reduction += ONE_PLY;
826
827           if (move == countermoves[0] || move == countermoves[1])
828               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
829
830           // Decrease reduction for moves that escape a capture
831           if (   ss->reduction
832               && type_of(move) == NORMAL
833               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
834               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < 0)
835               ss->reduction = std::max(DEPTH_ZERO, ss->reduction - ONE_PLY);
836
837           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
838           if (SpNode)
839               alpha = splitPoint->alpha;
840
841           value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
842
843           // Re-search at intermediate depth if reduction is very high
844           if (value > alpha && ss->reduction >= 4 * ONE_PLY)
845           {
846               Depth d2 = std::max(newDepth - 2 * ONE_PLY, ONE_PLY);
847               value = -search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d2, true);
848           }
849
850           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
851           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
852       }
853       else
854           doFullDepthSearch = !pvMove;
855
856       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
857       if (doFullDepthSearch)
858       {
859           if (SpNode)
860               alpha = splitPoint->alpha;
861
862           value = newDepth <   ONE_PLY ?
863                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
864                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
865                                        : - search<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
866       }
867
868       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
869       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
870       // parent node fail low with value <= alpha and to try another move.
871       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
872           value = newDepth <   ONE_PLY ?
873                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
874                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
875                                        : - search<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
876       // Step 17. Undo move
877       pos.undo_move(move);
878
879       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
880
881       // Step 18. Check for new best move
882       if (SpNode)
883       {
884           splitPoint->mutex.lock();
885           bestValue = splitPoint->bestValue;
886           alpha = splitPoint->alpha;
887       }
888
889       // Finished searching the move. If a stop or a cutoff occurred, the return
890       // value of the search cannot be trusted, and we return immediately without
891       // updating best move, PV and TT.
892       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
893           return VALUE_ZERO;
894
895       if (RootNode)
896       {
897           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
898
899           // PV move or new best move ?
900           if (pvMove || value > alpha)
901           {
902               rm.score = value;
903               rm.extract_pv_from_tt(pos);
904
905               // We record how often the best move has been changed in each
906               // iteration. This information is used for time management: When
907               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
908               if (!pvMove)
909                   ++BestMoveChanges;
910           }
911           else
912               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
913               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
914               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
915               rm.score = -VALUE_INFINITE;
916       }
917
918       if (value > bestValue)
919       {
920           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
921
922           if (value > alpha)
923           {
924               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
925
926               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
927                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
928               else
929               {
930                   assert(value >= beta); // Fail high
931
932                   if (SpNode)
933                       splitPoint->cutoff = true;
934
935                   break;
936               }
937           }
938       }
939
940       // Step 19. Check for splitting the search
941       if (   !SpNode
942           &&  Threads.size() >= 2
943           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
944           &&  (   !thisThread->activeSplitPoint
945                || !thisThread->activeSplitPoint->allSlavesSearching)
946           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
947       {
948           assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < beta);
949
950           thisThread->split(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
951                             depth, moveCount, &mp, NT, cutNode);
952
953           if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
954               return VALUE_ZERO;
955
956           if (bestValue >= beta)
957               break;
958       }
959     }
960
961     if (SpNode)
962         return bestValue;
963
964     // Following condition would detect a stop or a cutoff set only after move
965     // loop has been completed. But in this case bestValue is valid because we
966     // have fully searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
967     /*
968        if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
969         return VALUE_DRAW;
970     */
971
972     // Step 20. Check for mate and stalemate
973     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
974     // must be mate or stalemate. If we are in a singular extension search then
975     // return a fail low score.
976     if (!moveCount)
977         bestValue = excludedMove ? alpha
978                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
979
980     // Quiet best move: update killers, history, countermoves and followupmoves
981     else if (bestValue >= beta && !pos.capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
982         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount - 1);
983
984     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
985              bestValue >= beta  ? BOUND_LOWER :
986              PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
987              depth, bestMove, ss->staticEval);
988
989     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
990
991     return bestValue;
992   }
993
994
995   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
996   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
997   // less than ONE_PLY).
998
999   template <NodeType NT, bool InCheck>
1000   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1001
1002     const bool PvNode = NT == PV;
1003
1004     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1005     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1006     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1007     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1008     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1009
1010     StateInfo st;
1011     const TTEntry* tte;
1012     Key posKey;
1013     Move ttMove, move, bestMove;
1014     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1015     bool givesCheck, evasionPrunable;
1016     Depth ttDepth;
1017
1018     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1019     if (PvNode)
1020         oldAlpha = alpha;
1021
1022     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1023     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1024
1025     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1026     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1027         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1028
1029     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1030
1031     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1032     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1033     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1034     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1035                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1036
1037     // Transposition table lookup
1038     posKey = pos.key();
1039     tte = TT.probe(posKey);
1040     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1041     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1042
1043     if (   tte
1044         && tte->depth() >= ttDepth
1045         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1046         && (           PvNode ?  tte->bound() == BOUND_EXACT
1047             : ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1048                               : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1049     {
1050         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1051         return ttValue;
1052     }
1053
1054     // Evaluate the position statically
1055     if (InCheck)
1056     {
1057         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1058         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1059     }
1060     else
1061     {
1062         if (tte)
1063         {
1064             // Never assume anything on values stored in TT
1065             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE)
1066                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1067
1068             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1069             if (ttValue != VALUE_NONE)
1070                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1071                     bestValue = ttValue;
1072         }
1073         else
1074             ss->staticEval = bestValue =
1075             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos) : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1076
1077         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1078         if (bestValue >= beta)
1079         {
1080             if (!tte)
1081                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1082                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1083
1084             return bestValue;
1085         }
1086
1087         if (PvNode && bestValue > alpha)
1088             alpha = bestValue;
1089
1090         futilityBase = bestValue + 128;
1091     }
1092
1093     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1094     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1095     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1096     // be generated.
1097     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, History, to_sq((ss-1)->currentMove));
1098     CheckInfo ci(pos);
1099
1100     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1101     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1102     {
1103       assert(is_ok(move));
1104
1105       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1106                   ? ci.checkSq[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1107                   : pos.gives_check(move, ci);
1108
1109       // Futility pruning
1110       if (   !PvNode
1111           && !InCheck
1112           && !givesCheck
1113           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1114           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1115       {
1116           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1117
1118           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1119
1120           if (futilityValue < beta)
1121           {
1122               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1123               continue;
1124           }
1125
1126           if (futilityBase < beta && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1127           {
1128               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1129               continue;
1130           }
1131       }
1132
1133       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1134       evasionPrunable =    InCheck
1135                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1136                        && !pos.capture(move)
1137                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1138
1139       // Don't search moves with negative SEE values
1140       if (   !PvNode
1141           && (!InCheck || evasionPrunable)
1142           &&  type_of(move) != PROMOTION
1143           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1144           continue;
1145
1146       // Speculative prefetch as early as possible
1147       prefetch((char*)TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1148
1149       // Check for legality just before making the move
1150       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1151           continue;
1152
1153       ss->currentMove = move;
1154
1155       // Make and search the move
1156       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1157       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1158                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1159       pos.undo_move(move);
1160
1161       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1162
1163       // Check for new best move
1164       if (value > bestValue)
1165       {
1166           bestValue = value;
1167
1168           if (value > alpha)
1169           {
1170               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1171               {
1172                   alpha = value;
1173                   bestMove = move;
1174               }
1175               else // Fail high
1176               {
1177                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1178                            ttDepth, move, ss->staticEval);
1179
1180                   return value;
1181               }
1182           }
1183        }
1184     }
1185
1186     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1187     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1188     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1189         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1190
1191     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1192              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1193              ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1194
1195     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1196
1197     return bestValue;
1198   }
1199
1200
1201   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1202   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1203   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1204
1205   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1206
1207     assert(v != VALUE_NONE);
1208
1209     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1210           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1211   }
1212
1213
1214   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1215   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1216   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1217
1218   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1219
1220     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1221           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1222           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1223   }
1224
1225
1226   // update_stats() updates killers, history, countermoves and followupmoves stats after a fail-high
1227   // of a quiet move.
1228
1229   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1230
1231     if (ss->killers[0] != move)
1232     {
1233         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1234         ss->killers[0] = move;
1235     }
1236
1237     // Increase history value of the cut-off move and decrease all the other
1238     // played quiet moves.
1239     Value bonus = Value(4 * int(depth) * int(depth));
1240     History.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1241     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1242     {
1243         Move m = quiets[i];
1244         History.update(pos.moved_piece(m), to_sq(m), -bonus);
1245     }
1246
1247     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1248     {
1249         Square prevMoveSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1250         Countermoves.update(pos.piece_on(prevMoveSq), prevMoveSq, move);
1251     }
1252
1253     if (is_ok((ss-2)->currentMove) && (ss-1)->currentMove == (ss-1)->ttMove)
1254     {
1255         Square prevOwnMoveSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1256         Followupmoves.update(pos.piece_on(prevOwnMoveSq), prevOwnMoveSq, move);
1257     }
1258   }
1259
1260
1261   // When playing with a strength handicap, choose best move among the first 'candidates'
1262   // RootMoves using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1263
1264   Move Skill::pick_move() {
1265
1266     static RKISS rk;
1267
1268     // PRNG sequence should be not deterministic
1269     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; --i)
1270         rk.rand<unsigned>();
1271
1272     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1273     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[candidates - 1].score, PawnValueMg);
1274     int weakness = 120 - 2 * level;
1275     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1276     best = MOVE_NONE;
1277
1278     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1279     // weakness. One deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1280     // then we choose the move with the resulting highest score.
1281     for (size_t i = 0; i < candidates; ++i)
1282     {
1283         int s = RootMoves[i].score;
1284
1285         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1286         if (i > 0 && RootMoves[i - 1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1287             break;
1288
1289         // This is our magic formula
1290         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1291               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1292
1293         if (s > max_s)
1294         {
1295             max_s = s;
1296             best = RootMoves[i].pv[0];
1297         }
1298     }
1299     return best;
1300   }
1301
1302
1303   // uci_pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI
1304   // requires that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous
1305   // search score.
1306
1307   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1308
1309     std::stringstream ss;
1310     Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1311     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1312     int selDepth = 0;
1313
1314     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1315         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1316             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1317
1318     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; ++i)
1319     {
1320         bool updated = (i <= PVIdx);
1321
1322         if (depth == 1 && !updated)
1323             continue;
1324
1325         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1326         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1327
1328         if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1329             ss << "\n";
1330
1331         ss << "info depth " << d
1332            << " seldepth "  << selDepth
1333            << " multipv "   << i + 1
1334            << " score "     << (i == PVIdx ? UCI::format_value(v, alpha, beta) : UCI::format_value(v))
1335            << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1336            << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
1337            << " time "      << elapsed
1338            << " pv";
1339
1340         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; ++j)
1341             ss << " " << UCI::format_move(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1342     }
1343
1344     return ss.str();
1345   }
1346
1347 } // namespace
1348
1349
1350 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1351 /// We also consider both failing high nodes and BOUND_EXACT nodes here to
1352 /// ensure that we have a ponder move even when we fail high at root. This
1353 /// results in a long PV to print that is important for position analysis.
1354
1355 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1356
1357   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1358   const TTEntry* tte;
1359   int ply = 1;    // At root ply is 1...
1360   Move m = pv[0]; // ...instead pv[] array starts from 0
1361   Value expectedScore = score;
1362
1363   pv.clear();
1364
1365   do {
1366       pv.push_back(m);
1367
1368       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply - 1]));
1369
1370       pos.do_move(pv[ply++ - 1], *st++);
1371       tte = TT.probe(pos.key());
1372       expectedScore = -expectedScore;
1373
1374   } while (   tte
1375            && expectedScore == value_from_tt(tte->value(), ply)
1376            && pos.pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1377            && pos.legal(m, pos.pinned_pieces(pos.side_to_move()))
1378            && ply < MAX_PLY
1379            && (!pos.is_draw() || ply <= 2));
1380
1381   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1382
1383   while (--ply) pos.undo_move(pv[ply - 1]);
1384 }
1385
1386
1387 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1388 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1389 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1390
1391 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1392
1393   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1394   const TTEntry* tte;
1395   int idx = 0; // Ply starts from 1, we need to start from 0
1396
1397   do {
1398       tte = TT.probe(pos.key());
1399
1400       if (!tte || tte->move() != pv[idx]) // Don't overwrite correct entries
1401           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[idx], VALUE_NONE);
1402
1403       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[idx]));
1404
1405       pos.do_move(pv[idx++], *st++);
1406
1407   } while (pv[idx] != MOVE_NONE);
1408
1409   while (idx) pos.undo_move(pv[--idx]);
1410 }
1411
1412
1413 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1414
1415 void Thread::idle_loop() {
1416
1417   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1418   // at the thread creation. This means we are the split point's master.
1419   SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1420
1421   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1422
1423   while (!exit)
1424   {
1425       // If this thread has been assigned work, launch a search
1426       while (searching)
1427       {
1428           Threads.mutex.lock();
1429
1430           assert(activeSplitPoint);
1431           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1432
1433           Threads.mutex.unlock();
1434
1435           Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
1436           Position pos(*sp->pos, this);
1437
1438           std::memcpy(ss-2, sp->ss-2, 5 * sizeof(Stack));
1439           ss->splitPoint = sp;
1440
1441           sp->mutex.lock();
1442
1443           assert(activePosition == NULL);
1444
1445           activePosition = &pos;
1446
1447           if (sp->nodeType == NonPV)
1448               search<NonPV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1449
1450           else if (sp->nodeType == PV)
1451               search<PV, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1452
1453           else if (sp->nodeType == Root)
1454               search<Root, true>(pos, ss, sp->alpha, sp->beta, sp->depth, sp->cutNode);
1455
1456           else
1457               assert(false);
1458
1459           assert(searching);
1460
1461           searching = false;
1462           activePosition = NULL;
1463           sp->slavesMask.reset(idx);
1464           sp->allSlavesSearching = false;
1465           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1466
1467           // Wake up the master thread so to allow it to return from the idle
1468           // loop in case we are the last slave of the split point.
1469           if (    this != sp->masterThread
1470               &&  sp->slavesMask.none())
1471           {
1472               assert(!sp->masterThread->searching);
1473               sp->masterThread->notify_one();
1474           }
1475
1476           // After releasing the lock we can't access any SplitPoint related data
1477           // in a safe way because it could have been released under our feet by
1478           // the sp master.
1479           sp->mutex.unlock();
1480
1481           // Try to late join to another split point if none of its slaves has
1482           // already finished.
1483           if (Threads.size() > 2)
1484               for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1485               {
1486                   const int size = Threads[i]->splitPointsSize; // Local copy
1487                   sp = size ? &Threads[i]->splitPoints[size - 1] : NULL;
1488
1489                   if (   sp
1490                       && sp->allSlavesSearching
1491                       && available_to(Threads[i]))
1492                   {
1493                       // Recheck the conditions under lock protection
1494                       Threads.mutex.lock();
1495                       sp->mutex.lock();
1496
1497                       if (   sp->allSlavesSearching
1498                           && available_to(Threads[i]))
1499                       {
1500                            sp->slavesMask.set(idx);
1501                            activeSplitPoint = sp;
1502                            searching = true;
1503                       }
1504
1505                       sp->mutex.unlock();
1506                       Threads.mutex.unlock();
1507
1508                       break; // Just a single attempt
1509                   }
1510               }
1511       }
1512
1513       // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1514       mutex.lock();
1515
1516       // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1517       if (this_sp && this_sp->slavesMask.none())
1518       {
1519           assert(!searching);
1520           mutex.unlock();
1521           break;
1522       }
1523
1524       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1525       // wasting CPU time polling for work.
1526       if (!searching && !exit)
1527           sleepCondition.wait(mutex);
1528
1529       mutex.unlock();
1530   }
1531 }
1532
1533
1534 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1535 /// used to print debug info and, more importantly, to detect when we are out of
1536 /// available time and thus stop the search.
1537
1538 void check_time() {
1539
1540   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1541   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1542
1543   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1544   {
1545       lastInfoTime = Time::now();
1546       dbg_print();
1547   }
1548
1549   if (Limits.use_time_management() && !Limits.ponder)
1550   {
1551       bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1552                              && !Signals.failedLowAtRoot
1553                              &&  elapsed > TimeMgr.available_time() * 75 / 100;
1554
1555       if (   stillAtFirstMove
1556           || elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerThread::Resolution)
1557           Signals.stop = true;
1558   }
1559   else if (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1560       Signals.stop = true;
1561
1562   else if (Limits.nodes)
1563   {
1564       Threads.mutex.lock();
1565
1566       int64_t nodes = RootPos.nodes_searched();
1567
1568       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1569       // all the currently active positions nodes.
1570       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); ++i)
1571           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; ++j)
1572           {
1573               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1574
1575               sp.mutex.lock();
1576
1577               nodes += sp.nodes;
1578
1579               for (size_t idx = 0; idx < Threads.size(); ++idx)
1580                   if (sp.slavesMask.test(idx) && Threads[idx]->activePosition)
1581                       nodes += Threads[idx]->activePosition->nodes_searched();
1582
1583               sp.mutex.unlock();
1584           }
1585
1586       Threads.mutex.unlock();
1587
1588       if (nodes >= Limits.nodes)
1589           Signals.stop = true;
1590   }
1591 }