Merge remote-tracking branch 'upstream/master' into HEAD
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2020 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
4
5   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
6   it under the terms of the GNU General Public License as published by
7   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
8   (at your option) any later version.
9
10   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
11   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13   GNU General Public License for more details.
14
15   You should have received a copy of the GNU General Public License
16   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
17 */
18
19 #include <algorithm>
20 #include <cassert>
21 #include <cmath>
22 #include <cstring>   // For std::memset
23 #include <iostream>
24 #include <sstream>
25
26 #include "evaluate.h"
27 #include "misc.h"
28 #include "movegen.h"
29 #include "movepick.h"
30 #include "position.h"
31 #include "search.h"
32 #include "thread.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "tt.h"
35 #include "uci.h"
36 #include "syzygy/tbprobe.h"
37
38 namespace Search {
39
40   LimitsType Limits;
41 }
42
43 namespace Tablebases {
44
45   int Cardinality;
46   bool RootInTB;
47   bool UseRule50;
48   Depth ProbeDepth;
49 }
50
51 namespace TB = Tablebases;
52
53 using std::string;
54 using Eval::evaluate;
55 using namespace Search;
56
57 namespace {
58
59   // Different node types, used as a template parameter
60   enum NodeType { NonPV, PV };
61
62   constexpr uint64_t TtHitAverageWindow     = 4096;
63   constexpr uint64_t TtHitAverageResolution = 1024;
64
65   // Razor and futility margins
66   constexpr int RazorMargin = 510;
67   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
68     return Value(234 * (d - improving));
69   }
70
71   // Reductions lookup table, initialized at startup
72   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
73
74   Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     int r = Reductions[d] * Reductions[mn];
76     return (r + 503) / 1024 + (!i && r > 915);
77   }
78
79   constexpr int futility_move_count(bool improving, Depth depth) {
80     return (3 + depth * depth) / (2 - improving);
81   }
82
83   // History and stats update bonus, based on depth
84   int stat_bonus(Depth d) {
85     return d > 13 ? 29 : 17 * d * d + 134 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
89   Value value_draw(Thread* thisThread) {
90     return VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
91   }
92
93   // Skill structure is used to implement strength limit
94   struct Skill {
95     explicit Skill(int l) : level(l) {}
96     bool enabled() const { return level < 20; }
97     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth == 1 + level; }
98     Move pick_best(size_t multiPV);
99
100     int level;
101     Move best = MOVE_NONE;
102   };
103
104   // Breadcrumbs are used to mark nodes as being searched by a given thread
105   struct Breadcrumb {
106     std::atomic<Thread*> thread;
107     std::atomic<Key> key;
108   };
109   std::array<Breadcrumb, 1024> breadcrumbs;
110
111   // ThreadHolding structure keeps track of which thread left breadcrumbs at the given
112   // node for potential reductions. A free node will be marked upon entering the moves
113   // loop by the constructor, and unmarked upon leaving that loop by the destructor.
114   struct ThreadHolding {
115     explicit ThreadHolding(Thread* thisThread, Key posKey, int ply) {
116        location = ply < 8 ? &breadcrumbs[posKey & (breadcrumbs.size() - 1)] : nullptr;
117        otherThread = false;
118        owning = false;
119        if (location)
120        {
121           // See if another already marked this location, if not, mark it ourselves
122           Thread* tmp = (*location).thread.load(std::memory_order_relaxed);
123           if (tmp == nullptr)
124           {
125               (*location).thread.store(thisThread, std::memory_order_relaxed);
126               (*location).key.store(posKey, std::memory_order_relaxed);
127               owning = true;
128           }
129           else if (   tmp != thisThread
130                    && (*location).key.load(std::memory_order_relaxed) == posKey)
131               otherThread = true;
132        }
133     }
134
135     ~ThreadHolding() {
136        if (owning) // Free the marked location
137            (*location).thread.store(nullptr, std::memory_order_relaxed);
138     }
139
140     bool marked() { return otherThread; }
141
142     private:
143     Breadcrumb* location;
144     bool otherThread, owning;
145   };
146
147   template <NodeType NT>
148   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
149
150   template <NodeType NT>
151   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = 0);
152
153   Value value_to_tt(Value v, int ply);
154   Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c);
155   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
156   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
157   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus, int depth);
158   void update_all_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move bestMove, Value bestValue, Value beta, Square prevSq,
159                         Move* quietsSearched, int quietCount, Move* capturesSearched, int captureCount, Depth depth);
160
161   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
162   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
163   template<bool Root>
164   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
165
166     StateInfo st;
167     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::kCacheLineSize);
168
169     uint64_t cnt, nodes = 0;
170     const bool leaf = (depth == 2);
171
172     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
173     {
174         if (Root && depth <= 1)
175             cnt = 1, nodes++;
176         else
177         {
178             pos.do_move(m, st);
179             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - 1);
180             nodes += cnt;
181             pos.undo_move(m);
182         }
183         if (Root)
184             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
185     }
186     return nodes;
187   }
188
189 } // namespace
190
191
192 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
193
194 void Search::init() {
195
196   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
197       Reductions[i] = int((21.3 + 2 * std::log(Threads.size())) * std::log(i + 0.25 * std::log(i)));
198 }
199
200
201 /// Search::clear() resets search state to its initial value
202
203 void Search::clear() {
204
205   Threads.main()->wait_for_search_finished();
206
207   Time.availableNodes = 0;
208   TT.clear();
209   Threads.clear();
210   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
211 }
212
213
214 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
215 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
216
217 void MainThread::search() {
218
219   if (Limits.perft)
220   {
221       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft);
222       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
223       return;
224   }
225
226   Color us = rootPos.side_to_move();
227   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
228   TT.new_search();
229
230   Eval::NNUE::verify();
231
232   if (rootMoves.empty())
233   {
234       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
235       sync_cout << "info depth 0 score "
236                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
237                 << sync_endl;
238   }
239   else
240   {
241       Threads.start_searching(); // start non-main threads
242       Thread::search();          // main thread start searching
243   }
244
245   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
246   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
247   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
248   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
249   // until the GUI sends one of those commands.
250
251   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
252   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
253
254   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
255   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
256   Threads.stop = true;
257
258   // Wait until all threads have finished
259   Threads.wait_for_search_finished();
260
261   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
262   // the available ones before exiting.
263   if (Limits.npmsec)
264       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
265
266   Thread* bestThread = this;
267
268   if (   int(Options["MultiPV"]) == 1
269       && !Limits.depth
270       && !(Skill(Options["Skill Level"]).enabled() || int(Options["UCI_LimitStrength"]))
271       && rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
272       bestThread = Threads.get_best_thread();
273
274   bestPreviousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
275
276   // Send again PV info if we have a new best thread
277   if (bestThread != this)
278       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
279
280   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
281
282   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
283       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
284
285   std::cout << sync_endl;
286 }
287
288
289 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
290 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
291 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
292
293 void Thread::search() {
294
295   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
296   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
297   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
298   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
299   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
300   Move  pv[MAX_PLY+1];
301   Value bestValue, alpha, beta, delta;
302   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
303   Depth lastBestMoveDepth = 0;
304   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
305   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
306   Color us = rootPos.side_to_move();
307   int iterIdx = 0;
308
309   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
310   for (int i = 7; i > 0; i--)
311       (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0]; // Use as a sentinel
312
313   ss->pv = pv;
314
315   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
316   beta = VALUE_INFINITE;
317
318   if (mainThread)
319   {
320       if (mainThread->bestPreviousScore == VALUE_INFINITE)
321           for (int i = 0; i < 4; ++i)
322               mainThread->iterValue[i] = VALUE_ZERO;
323       else
324           for (int i = 0; i < 4; ++i)
325               mainThread->iterValue[i] = mainThread->bestPreviousScore;
326   }
327
328   std::copy(&lowPlyHistory[2][0], &lowPlyHistory.back().back() + 1, &lowPlyHistory[0][0]);
329   std::fill(&lowPlyHistory[MAX_LPH - 2][0], &lowPlyHistory.back().back() + 1, 0);
330
331   size_t multiPV = size_t(Options["MultiPV"]);
332
333   // Pick integer skill levels, but non-deterministically round up or down
334   // such that the average integer skill corresponds to the input floating point one.
335   // UCI_Elo is converted to a suitable fractional skill level, using anchoring
336   // to CCRL Elo (goldfish 1.13 = 2000) and a fit through Ordo derived Elo
337   // for match (TC 60+0.6) results spanning a wide range of k values.
338   PRNG rng(now());
339   double floatLevel = Options["UCI_LimitStrength"] ?
340                       std::clamp(std::pow((Options["UCI_Elo"] - 1346.6) / 143.4, 1 / 0.806), 0.0, 20.0) :
341                         double(Options["Skill Level"]);
342   int intLevel = int(floatLevel) +
343                  ((floatLevel - int(floatLevel)) * 1024 > rng.rand<unsigned>() % 1024  ? 1 : 0);
344   Skill skill(intLevel);
345
346   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
347   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
348   if (skill.enabled())
349       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
350
351   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
352   ttHitAverage = TtHitAverageWindow * TtHitAverageResolution / 2;
353
354   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
355
356   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
357   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
358       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
359           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
360           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
361           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
362           : ct;
363
364   // Evaluation score is from the white point of view
365   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
366                           : -make_score(ct, ct / 2));
367
368   int searchAgainCounter = 0;
369
370   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
371   while (   ++rootDepth < MAX_PLY
372          && !Threads.stop
373          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth > Limits.depth))
374   {
375       // Age out PV variability metric
376       if (mainThread)
377           totBestMoveChanges /= 2;
378
379       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
380       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
381       for (RootMove& rm : rootMoves)
382           rm.previousScore = rm.score;
383
384       size_t pvFirst = 0;
385       pvLast = 0;
386
387       if (!Threads.increaseDepth)
388          searchAgainCounter++;
389
390       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
391       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
392       {
393           if (pvIdx == pvLast)
394           {
395               pvFirst = pvLast;
396               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
397                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
398                       break;
399           }
400
401           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
402           selDepth = 0;
403
404           // Reset aspiration window starting size
405           if (rootDepth >= 4)
406           {
407               Value prev = rootMoves[pvIdx].previousScore;
408               delta = Value(17);
409               alpha = std::max(prev - delta,-VALUE_INFINITE);
410               beta  = std::min(prev + delta, VALUE_INFINITE);
411
412               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
413               int dct = ct + (113 - ct / 2) * prev / (abs(prev) + 147);
414
415               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
416                                       : -make_score(dct, dct / 2));
417           }
418
419           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
420           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
421           // high/low anymore.
422           failedHighCnt = 0;
423           while (true)
424           {
425               Depth adjustedDepth = std::max(1, rootDepth - failedHighCnt - searchAgainCounter);
426               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
427
428               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
429               // is done with a stable algorithm because all the values but the
430               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
431               // and we want to keep the same order for all the moves except the
432               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
433               // search the already searched PV lines are preserved.
434               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
435
436               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
437               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
438               // the previous iteration.
439               if (Threads.stop)
440                   break;
441
442               // When failing high/low give some update (without cluttering
443               // the UI) before a re-search.
444               if (   mainThread
445                   && multiPV == 1
446                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
447                   && Time.elapsed() > 3000)
448                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
449
450               // In case of failing low/high increase aspiration window and
451               // re-search, otherwise exit the loop.
452               if (bestValue <= alpha)
453               {
454                   beta = (alpha + beta) / 2;
455                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
456
457                   failedHighCnt = 0;
458                   if (mainThread)
459                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
460               }
461               else if (bestValue >= beta)
462               {
463                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
464                   ++failedHighCnt;
465               }
466               else
467                   break;
468
469               delta += delta / 4 + 5;
470
471               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
472           }
473
474           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
475           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
476
477           if (    mainThread
478               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
479               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
480       }
481
482       if (!Threads.stop)
483           completedDepth = rootDepth;
484
485       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
486          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
487          lastBestMoveDepth = rootDepth;
488       }
489
490       // Have we found a "mate in x"?
491       if (   Limits.mate
492           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
493           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
494           Threads.stop = true;
495
496       if (!mainThread)
497           continue;
498
499       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
500       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
501           skill.pick_best(multiPV);
502
503       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
504       if (    Limits.use_time_management()
505           && !Threads.stop
506           && !mainThread->stopOnPonderhit)
507       {
508           double fallingEval = (318 + 6 * (mainThread->bestPreviousScore - bestValue)
509                                     + 6 * (mainThread->iterValue[iterIdx] - bestValue)) / 825.0;
510           fallingEval = std::clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
511
512           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
513           timeReduction = lastBestMoveDepth + 9 < completedDepth ? 1.92 : 0.95;
514           double reduction = (1.47 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.32 * timeReduction);
515
516           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
517           for (Thread* th : Threads)
518           {
519               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
520               th->bestMoveChanges = 0;
521           }
522           double bestMoveInstability = 1 + 2 * totBestMoveChanges / Threads.size();
523
524           double totalTime = Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability;
525
526           // Cap used time in case of a single legal move for a better viewer experience in tournaments
527           // yielding correct scores and sufficiently fast moves.
528           if (rootMoves.size() == 1)
529               totalTime = std::min(500.0, totalTime);
530
531           // Stop the search if we have exceeded the totalTime
532           if (Time.elapsed() > totalTime)
533           {
534               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
535               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
536               if (mainThread->ponder)
537                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
538               else
539                   Threads.stop = true;
540           }
541           else if (   Threads.increaseDepth
542                    && !mainThread->ponder
543                    && Time.elapsed() > totalTime * 0.58)
544                    Threads.increaseDepth = false;
545           else
546                    Threads.increaseDepth = true;
547       }
548
549       mainThread->iterValue[iterIdx] = bestValue;
550       iterIdx = (iterIdx + 1) & 3;
551   }
552
553   if (!mainThread)
554       return;
555
556   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
557
558   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
559   if (skill.enabled())
560       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
561                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
562 }
563
564
565 namespace {
566
567   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
568
569   template <NodeType NT>
570   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
571
572     constexpr bool PvNode = NT == PV;
573     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
574     const Depth maxNextDepth = rootNode ? depth : depth + 1;
575
576     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
577     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
578     if (   pos.rule50_count() >= 3
579         && alpha < VALUE_DRAW
580         && !rootNode
581         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
582     {
583         alpha = value_draw(pos.this_thread());
584         if (alpha >= beta)
585             return alpha;
586     }
587
588     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
589     if (depth <= 0)
590         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
591
592     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
593     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
594     assert(0 < depth && depth < MAX_PLY);
595     assert(!(PvNode && cutNode));
596
597     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
598     StateInfo st;
599     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::kCacheLineSize);
600
601     TTEntry* tte;
602     Key posKey;
603     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
604     Depth extension, newDepth;
605     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, probCutBeta;
606     bool formerPv, givesCheck, improving, didLMR, priorCapture;
607     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning,
608          ttCapture, singularQuietLMR;
609     Piece movedPiece;
610     int moveCount, captureCount, quietCount;
611
612     // Step 1. Initialize node
613     Thread* thisThread = pos.this_thread();
614     ss->inCheck = pos.checkers();
615     priorCapture = pos.captured_piece();
616     Color us = pos.side_to_move();
617     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
618     bestValue = -VALUE_INFINITE;
619     maxValue = VALUE_INFINITE;
620
621     // Check for the available remaining time
622     if (thisThread == Threads.main())
623         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
624
625     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
626     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
627         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
628
629     if (!rootNode)
630     {
631         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
632         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
633             || pos.is_draw(ss->ply)
634             || ss->ply >= MAX_PLY)
635             return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos)
636                                                         : value_draw(pos.this_thread());
637
638         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
639         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
640         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
641         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
642         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
643         // mate. In this case return a fail-high score.
644         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
645         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
646         if (alpha >= beta)
647             return alpha;
648     }
649
650     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
651
652     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
653     (ss+1)->ttPv = false;
654     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
655     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
656     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
657
658     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
659     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
660     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
661     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
662     // LMR which are based on the statScore of parent position.
663     if (!rootNode)
664         (ss+2)->statScore = 0;
665
666     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
667     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
668     // position key in case of an excluded move.
669     excludedMove = ss->excludedMove;
670     posKey = excludedMove == MOVE_NONE ? pos.key() : pos.key() ^ make_key(excludedMove);
671     tte = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
672     ttValue = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
673     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
674             : ss->ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
675     if (!excludedMove)
676         ss->ttPv = PvNode || (ss->ttHit && tte->is_pv());
677     formerPv = ss->ttPv && !PvNode;
678
679     // Update low ply history for previous move if we are near root and position is or has been in PV
680     if (   ss->ttPv
681         && depth > 12
682         && ss->ply - 1 < MAX_LPH
683         && !priorCapture
684         && is_ok((ss-1)->currentMove))
685         thisThread->lowPlyHistory[ss->ply - 1][from_to((ss-1)->currentMove)] << stat_bonus(depth - 5);
686
687     // thisThread->ttHitAverage can be used to approximate the running average of ttHit
688     thisThread->ttHitAverage =   (TtHitAverageWindow - 1) * thisThread->ttHitAverage / TtHitAverageWindow
689                                 + TtHitAverageResolution * ss->ttHit;
690
691     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
692     if (  !PvNode
693         && ss->ttHit
694         && tte->depth() >= depth
695         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
696         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
697                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
698     {
699         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
700         if (ttMove)
701         {
702             if (ttValue >= beta)
703             {
704                 // Bonus for a quiet ttMove that fails high
705                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
706                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, stat_bonus(depth), depth);
707
708                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
709                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !priorCapture)
710                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + 1));
711             }
712             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
713             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
714             {
715                 int penalty = -stat_bonus(depth);
716                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
717                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
718             }
719         }
720
721         // Partial workaround for the graph history interaction problem
722         // For high rule50 counts don't produce transposition table cutoffs.
723         if (pos.rule50_count() < 90)
724             return ttValue;
725     }
726
727     // Step 5. Tablebases probe
728     if (!rootNode && TB::Cardinality)
729     {
730         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
731
732         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
733             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
734             &&  pos.rule50_count() == 0
735             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
736         {
737             TB::ProbeState err;
738             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
739
740             // Force check of time on the next occasion
741             if (thisThread == Threads.main())
742                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
743
744             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
745             {
746                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
747
748                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
749
750                 // use the range VALUE_MATE_IN_MAX_PLY to VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY to score
751                 value =  wdl < -drawScore ? VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + ss->ply + 1
752                        : wdl >  drawScore ? VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - ss->ply - 1
753                                           : VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
754
755                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
756                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
757
758                 if (    b == BOUND_EXACT
759                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
760                 {
761                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ss->ttPv, b,
762                               std::min(MAX_PLY - 1, depth + 6),
763                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
764
765                     return value;
766                 }
767
768                 if (PvNode)
769                 {
770                     if (b == BOUND_LOWER)
771                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
772                     else
773                         maxValue = value;
774                 }
775             }
776         }
777     }
778
779     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
780
781     // Step 6. Static evaluation of the position
782     if (ss->inCheck)
783     {
784         // Skip early pruning when in check
785         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
786         improving = false;
787         goto moves_loop;
788     }
789     else if (ss->ttHit)
790     {
791         // Never assume anything about values stored in TT
792         ss->staticEval = eval = tte->eval();
793         if (eval == VALUE_NONE)
794             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
795
796         // Randomize draw evaluation
797         if (eval == VALUE_DRAW)
798             eval = value_draw(thisThread);
799
800         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
801         if (    ttValue != VALUE_NONE
802             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
803             eval = ttValue;
804     }
805     else
806     {
807         // In case of null move search use previous static eval with a different sign
808         // and addition of two tempos
809         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
810             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
811         else
812             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Tempo;
813
814         // Save static evaluation into transposition table
815         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ss->ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
816     }
817
818     // Use static evaluation difference to improve quiet move ordering
819     if (is_ok((ss-1)->currentMove) && !(ss-1)->inCheck && !priorCapture)
820     {
821         int bonus = std::clamp(-depth * 4 * int((ss-1)->staticEval + ss->staticEval - 2 * Tempo), -1000, 1000);
822         thisThread->mainHistory[~us][from_to((ss-1)->currentMove)] << bonus;
823     }
824
825     // Step 7. Razoring (~1 Elo)
826     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
827         &&  depth == 1
828         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
829         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
830
831     // Set up improving flag that is used in various pruning heuristics
832     // We define position as improving if static evaluation of position is better
833     // Than the previous static evaluation at our turn
834     // In case of us being in check at our previous move we look at move prior to it
835     improving =  (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE
836                ? ss->staticEval > (ss-4)->staticEval || (ss-4)->staticEval == VALUE_NONE
837                : ss->staticEval > (ss-2)->staticEval;
838
839     // Step 8. Futility pruning: child node (~50 Elo)
840     if (   !PvNode
841         &&  depth < 8
842         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
843         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
844         return eval;
845
846     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
847     if (   !PvNode
848         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
849         && (ss-1)->statScore < 22977
850         &&  eval >= beta
851         &&  eval >= ss->staticEval
852         &&  ss->staticEval >= beta - 30 * depth - 28 * improving + 84 * ss->ttPv + 168
853         && !excludedMove
854         &&  pos.non_pawn_material(us)
855         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
856     {
857         assert(eval - beta >= 0);
858
859         // Null move dynamic reduction based on depth and value
860         Depth R = (1015 + 85 * depth) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 191, 3);
861
862         ss->currentMove = MOVE_NULL;
863         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];
864
865         pos.do_null_move(st);
866
867         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
868
869         pos.undo_null_move();
870
871         if (nullValue >= beta)
872         {
873             // Do not return unproven mate or TB scores
874             if (nullValue >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)
875                 nullValue = beta;
876
877             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 14))
878                 return nullValue;
879
880             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
881
882             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
883             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
884             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
885             thisThread->nmpColor = us;
886
887             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
888
889             thisThread->nmpMinPly = 0;
890
891             if (v >= beta)
892                 return nullValue;
893         }
894     }
895
896     probCutBeta = beta + 183 - 49 * improving;
897
898     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
899     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
900     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
901     if (   !PvNode
902         &&  depth > 4
903         &&  abs(beta) < VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY
904         // if value from transposition table is lower than probCutBeta, don't attempt probCut
905         // there and in further interactions with transposition table cutoff depth is set to depth - 3
906         // because probCut search has depth set to depth - 4 but we also do a move before it
907         // so effective depth is equal to depth - 3
908         && !(   ss->ttHit
909              && tte->depth() >= depth - 3
910              && ttValue != VALUE_NONE
911              && ttValue < probCutBeta))
912     {
913         // if ttMove is a capture and value from transposition table is good enough produce probCut
914         // cutoff without digging into actual probCut search
915         if (   ss->ttHit
916             && tte->depth() >= depth - 3
917             && ttValue != VALUE_NONE
918             && ttValue >= probCutBeta
919             && ttMove
920             && pos.capture_or_promotion(ttMove))
921             return probCutBeta;
922
923         assert(probCutBeta < VALUE_INFINITE);
924         MovePicker mp(pos, ttMove, probCutBeta - ss->staticEval, &captureHistory);
925         int probCutCount = 0;
926         bool ttPv = ss->ttPv;
927         ss->ttPv = false;
928
929         while (   (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
930                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
931             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
932             {
933                 assert(pos.capture_or_promotion(move));
934                 assert(depth >= 5);
935
936                 captureOrPromotion = true;
937                 probCutCount++;
938
939                 ss->currentMove = move;
940                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck]
941                                                                           [captureOrPromotion]
942                                                                           [pos.moved_piece(move)]
943                                                                           [to_sq(move)];
944
945                 pos.do_move(move, st);
946
947                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
948                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -probCutBeta, -probCutBeta+1);
949
950                 // If the qsearch held, perform the regular search
951                 if (value >= probCutBeta)
952                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -probCutBeta, -probCutBeta+1, depth - 4, !cutNode);
953
954                 pos.undo_move(move);
955
956                 if (value >= probCutBeta)
957                 {
958                     // if transposition table doesn't have equal or more deep info write probCut data into it
959                     if ( !(ss->ttHit
960                        && tte->depth() >= depth - 3
961                        && ttValue != VALUE_NONE))
962                         tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv,
963                             BOUND_LOWER,
964                             depth - 3, move, ss->staticEval);
965                     return value;
966                 }
967             }
968          ss->ttPv = ttPv;
969     }
970
971     // Step 11. If the position is not in TT, decrease depth by 2
972     if (   PvNode
973         && depth >= 6
974         && !ttMove)
975         depth -= 2;
976
977 moves_loop: // When in check, search starts from here
978
979     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
980                                           nullptr                   , (ss-4)->continuationHistory,
981                                           nullptr                   , (ss-6)->continuationHistory };
982
983     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
984
985     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
986                                       &thisThread->lowPlyHistory,
987                                       &captureHistory,
988                                       contHist,
989                                       countermove,
990                                       ss->killers,
991                                       ss->ply);
992
993     value = bestValue;
994     singularQuietLMR = moveCountPruning = false;
995     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
996
997     // Mark this node as being searched
998     ThreadHolding th(thisThread, posKey, ss->ply);
999
1000     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
1001     // or a beta cutoff occurs.
1002     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
1003     {
1004       assert(is_ok(move));
1005
1006       if (move == excludedMove)
1007           continue;
1008
1009       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
1010       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
1011       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
1012       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
1013       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
1014                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
1015           continue;
1016
1017       // Check for legality
1018       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1019           continue;
1020
1021       ss->moveCount = ++moveCount;
1022
1023       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
1024           sync_cout << "info depth " << depth
1025                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
1026                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
1027       if (PvNode)
1028           (ss+1)->pv = nullptr;
1029
1030       extension = 0;
1031       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
1032       movedPiece = pos.moved_piece(move);
1033       givesCheck = pos.gives_check(move);
1034
1035       // Calculate new depth for this move
1036       newDepth = depth - 1;
1037
1038       // Step 13. Pruning at shallow depth (~200 Elo)
1039       if (  !rootNode
1040           && pos.non_pawn_material(us)
1041           && bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY)
1042       {
1043           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
1044           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth);
1045
1046           // Reduced depth of the next LMR search
1047           int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), 0);
1048
1049           if (   !captureOrPromotion
1050               && !givesCheck)
1051           {
1052               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
1053               if (   lmrDepth < 4 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
1054                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1055                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1056                   continue;
1057
1058               // Futility pruning: parent node (~5 Elo)
1059               if (   lmrDepth < 7
1060                   && !ss->inCheck
1061                   && ss->staticEval + 266 + 170 * lmrDepth <= alpha
1062                   &&  (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1063                     + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1064                     + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1065                     + (*contHist[5])[movedPiece][to_sq(move)] / 2 < 27376)
1066                   continue;
1067
1068               // Prune moves with negative SEE (~20 Elo)
1069               if (!pos.see_ge(move, Value(-(30 - std::min(lmrDepth, 18)) * lmrDepth * lmrDepth)))
1070                   continue;
1071           }
1072           else
1073           {
1074               // Capture history based pruning when the move doesn't give check
1075               if (   !givesCheck
1076                   && lmrDepth < 1
1077                   && captureHistory[movedPiece][to_sq(move)][type_of(pos.piece_on(to_sq(move)))] < 0)
1078                   continue;
1079
1080               // SEE based pruning
1081               if (!pos.see_ge(move, Value(-213) * depth)) // (~25 Elo)
1082                   continue;
1083           }
1084       }
1085
1086       // Step 14. Extensions (~75 Elo)
1087
1088       // Singular extension search (~70 Elo). If all moves but one fail low on a
1089       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
1090       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
1091       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
1092       // result is lower than ttValue minus a margin, then we will extend the ttMove.
1093       if (    depth >= 7
1094           &&  move == ttMove
1095           && !rootNode
1096           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
1097        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
1098           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
1099           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1100           &&  tte->depth() >= depth - 3)
1101       {
1102           Value singularBeta = ttValue - ((formerPv + 4) * depth) / 2;
1103           Depth singularDepth = (depth - 1 + 3 * formerPv) / 2;
1104           ss->excludedMove = move;
1105           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, singularDepth, cutNode);
1106           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1107
1108           if (value < singularBeta)
1109           {
1110               extension = 1;
1111               singularQuietLMR = !ttCapture;
1112           }
1113
1114           // Multi-cut pruning
1115           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
1116           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
1117           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
1118           // a soft bound.
1119           else if (singularBeta >= beta)
1120               return singularBeta;
1121
1122           // If the eval of ttMove is greater than beta we try also if there is another
1123           // move that pushes it over beta, if so also produce a cutoff.
1124           else if (ttValue >= beta)
1125           {
1126               ss->excludedMove = move;
1127               value = search<NonPV>(pos, ss, beta - 1, beta, (depth + 3) / 2, cutNode);
1128               ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1129
1130               if (value >= beta)
1131                   return beta;
1132           }
1133       }
1134
1135       // Check extension (~2 Elo)
1136       else if (    givesCheck
1137                && (pos.is_discovery_check_on_king(~us, move) || pos.see_ge(move)))
1138           extension = 1;
1139
1140       // Last captures extension
1141       else if (   PieceValue[EG][pos.captured_piece()] > PawnValueEg
1142                && pos.non_pawn_material() <= 2 * RookValueMg)
1143           extension = 1;
1144
1145       // Late irreversible move extension
1146       if (   move == ttMove
1147           && pos.rule50_count() > 80
1148           && (captureOrPromotion || type_of(movedPiece) == PAWN))
1149           extension = 2;
1150
1151       // Add extension to new depth
1152       newDepth += extension;
1153
1154       // Speculative prefetch as early as possible
1155       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1156
1157       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1158       ss->currentMove = move;
1159       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck]
1160                                                                 [captureOrPromotion]
1161                                                                 [movedPiece]
1162                                                                 [to_sq(move)];
1163
1164       // Step 15. Make the move
1165       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1166
1167       // Step 16. Reduced depth search (LMR, ~200 Elo). If the move fails high it will be
1168       // re-searched at full depth.
1169       if (    depth >= 3
1170           &&  moveCount > 1 + 2 * rootNode
1171           && (  !captureOrPromotion
1172               || moveCountPruning
1173               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha
1174               || cutNode
1175               || (!PvNode && !formerPv)
1176               || thisThread->ttHitAverage < 432 * TtHitAverageResolution * TtHitAverageWindow / 1024))
1177       {
1178           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1179
1180           // Decrease reduction if the ttHit running average is large
1181           if (thisThread->ttHitAverage > 537 * TtHitAverageResolution * TtHitAverageWindow / 1024)
1182               r--;
1183
1184           // Increase reduction if other threads are searching this position
1185           if (th.marked())
1186               r++;
1187
1188           // Decrease reduction if position is or has been on the PV (~10 Elo)
1189           if (ss->ttPv)
1190               r -= 2;
1191
1192           // Increase reduction at root and non-PV nodes when the best move does not change frequently
1193           if ((rootNode || !PvNode) && thisThread->rootDepth > 10 && thisThread->bestMoveChanges <= 2)
1194               r++;
1195
1196           // More reductions for late moves if position was not in previous PV
1197           if (moveCountPruning && !formerPv)
1198               r++;
1199
1200           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~5 Elo)
1201           if ((ss-1)->moveCount > 13)
1202               r--;
1203
1204           // Decrease reduction if ttMove has been singularly extended (~3 Elo)
1205           if (singularQuietLMR)
1206               r--;
1207
1208           if (!captureOrPromotion)
1209           {
1210               // Increase reduction if ttMove is a capture (~5 Elo)
1211               if (ttCapture)
1212                   r++;
1213
1214               // Increase reduction at root if failing high
1215               r += rootNode ? thisThread->failedHighCnt * thisThread->failedHighCnt * moveCount / 512 : 0;
1216
1217               // Increase reduction for cut nodes (~10 Elo)
1218               if (cutNode)
1219                   r += 2;
1220
1221               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1222               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1223               // hence break make_move(). (~2 Elo)
1224               else if (    type_of(move) == NORMAL
1225                        && !pos.see_ge(reverse_move(move)))
1226                   r -= 2 + ss->ttPv - (type_of(movedPiece) == PAWN);
1227
1228               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1229                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1230                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1231                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1232                              - 5287;
1233
1234               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1235               if (ss->statScore >= -105 && (ss-1)->statScore < -103)
1236                   r--;
1237
1238               else if ((ss-1)->statScore >= -122 && ss->statScore < -129)
1239                   r++;
1240
1241               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1242               r -= ss->statScore / 14884;
1243           }
1244           else
1245           {
1246               // Unless giving check, this capture is likely bad
1247               if (   !givesCheck
1248                   && ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] + 210 * depth <= alpha)
1249                   r++;
1250           }
1251
1252           Depth d = std::clamp(newDepth - r, 1, newDepth);
1253
1254           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1255
1256           doFullDepthSearch = value > alpha && d != newDepth;
1257
1258           didLMR = true;
1259       }
1260       else
1261       {
1262           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1263
1264           didLMR = false;
1265       }
1266
1267       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1268       if (doFullDepthSearch)
1269       {
1270           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1271
1272           // If the move passed LMR update its stats
1273           if (didLMR && !captureOrPromotion)
1274           {
1275               int bonus = value > alpha ?  stat_bonus(newDepth)
1276                                         : -stat_bonus(newDepth);
1277
1278               update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1279           }
1280       }
1281
1282       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1283       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1284       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1285       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1286       {
1287           (ss+1)->pv = pv;
1288           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1289
1290           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha,
1291                               std::min(maxNextDepth, newDepth), false);
1292       }
1293
1294       // Step 18. Undo move
1295       pos.undo_move(move);
1296
1297       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1298
1299       // Step 19. Check for a new best move
1300       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1301       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1302       // updating best move, PV and TT.
1303       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1304           return VALUE_ZERO;
1305
1306       if (rootNode)
1307       {
1308           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1309                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1310
1311           // PV move or new best move?
1312           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1313           {
1314               rm.score = value;
1315               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1316               rm.pv.resize(1);
1317
1318               assert((ss+1)->pv);
1319
1320               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1321                   rm.pv.push_back(*m);
1322
1323               // We record how often the best move has been changed in each
1324               // iteration. This information is used for time management and LMR
1325               if (moveCount > 1)
1326                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1327           }
1328           else
1329               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1330               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1331               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1332               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1333       }
1334
1335       if (value > bestValue)
1336       {
1337           bestValue = value;
1338
1339           if (value > alpha)
1340           {
1341               bestMove = move;
1342
1343               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1344                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1345
1346               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1347                   alpha = value;
1348               else
1349               {
1350                   assert(value >= beta); // Fail high
1351                   ss->statScore = 0;
1352                   break;
1353               }
1354           }
1355       }
1356
1357       // If the move is worse than some previously searched move, remember it to update its stats later
1358       if (move != bestMove)
1359       {
1360           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1361               capturesSearched[captureCount++] = move;
1362
1363           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1364               quietsSearched[quietCount++] = move;
1365       }
1366     }
1367
1368     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1369     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1370     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1371     /*
1372        if (Threads.stop)
1373         return VALUE_DRAW;
1374     */
1375
1376     // Step 20. Check for mate and stalemate
1377     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1378     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1379     // return a fail low score.
1380
1381     assert(moveCount || !ss->inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1382
1383     if (!moveCount)
1384         bestValue = excludedMove ? alpha
1385                    :     ss->inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1386
1387     // If there is a move which produces search value greater than alpha we update stats of searched moves
1388     else if (bestMove)
1389         update_all_stats(pos, ss, bestMove, bestValue, beta, prevSq,
1390                          quietsSearched, quietCount, capturesSearched, captureCount, depth);
1391
1392     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1393     else if (   (depth >= 3 || PvNode)
1394              && !priorCapture)
1395         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1396
1397     if (PvNode)
1398         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1399
1400     // If no good move is found and the previous position was ttPv, then the previous
1401     // opponent move is probably good and the new position is added to the search tree.
1402     if (bestValue <= alpha)
1403         ss->ttPv = ss->ttPv || ((ss-1)->ttPv && depth > 3);
1404     // Otherwise, a counter move has been found and if the position is the last leaf
1405     // in the search tree, remove the position from the search tree.
1406     else if (depth > 3)
1407         ss->ttPv = ss->ttPv && (ss+1)->ttPv;
1408
1409     // Write gathered information in transposition table
1410     if (!excludedMove && !(rootNode && thisThread->pvIdx))
1411         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ss->ttPv,
1412                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1413                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1414                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1415
1416     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1417
1418     return bestValue;
1419   }
1420
1421
1422   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1423   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1424   template <NodeType NT>
1425   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1426
1427     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1428
1429     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1430     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1431     assert(depth <= 0);
1432
1433     Move pv[MAX_PLY+1];
1434     StateInfo st;
1435     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::kCacheLineSize);
1436
1437     TTEntry* tte;
1438     Key posKey;
1439     Move ttMove, move, bestMove;
1440     Depth ttDepth;
1441     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1442     bool pvHit, givesCheck, captureOrPromotion;
1443     int moveCount;
1444
1445     if (PvNode)
1446     {
1447         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1448         (ss+1)->pv = pv;
1449         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1450     }
1451
1452     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1453     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1454     bestMove = MOVE_NONE;
1455     ss->inCheck = pos.checkers();
1456     moveCount = 0;
1457
1458     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1459     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1460         || ss->ply >= MAX_PLY)
1461         return (ss->ply >= MAX_PLY && !ss->inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1462
1463     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1464
1465     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1466     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1467     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1468     ttDepth = ss->inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1469                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1470     // Transposition table lookup
1471     posKey = pos.key();
1472     tte = TT.probe(posKey, ss->ttHit);
1473     ttValue = ss->ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
1474     ttMove = ss->ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1475     pvHit = ss->ttHit && tte->is_pv();
1476
1477     if (  !PvNode
1478         && ss->ttHit
1479         && tte->depth() >= ttDepth
1480         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1481         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1482                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1483         return ttValue;
1484
1485     // Evaluate the position statically
1486     if (ss->inCheck)
1487     {
1488         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1489         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1490     }
1491     else
1492     {
1493         if (ss->ttHit)
1494         {
1495             // Never assume anything about values stored in TT
1496             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1497                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1498
1499             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1500             if (    ttValue != VALUE_NONE
1501                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1502                 bestValue = ttValue;
1503         }
1504         else
1505             // In case of null move search use previous static eval with a different sign
1506             // and addition of two tempos
1507             ss->staticEval = bestValue =
1508             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1509                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Tempo;
1510
1511         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1512         if (bestValue >= beta)
1513         {
1514             // Save gathered info in transposition table
1515             if (!ss->ttHit)
1516                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), false, BOUND_LOWER,
1517                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1518
1519             return bestValue;
1520         }
1521
1522         if (PvNode && bestValue > alpha)
1523             alpha = bestValue;
1524
1525         futilityBase = bestValue + 155;
1526     }
1527
1528     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1529                                           nullptr                   , (ss-4)->continuationHistory,
1530                                           nullptr                   , (ss-6)->continuationHistory };
1531
1532     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1533     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1534     // queen and checking knight promotions, and other checks(only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS)
1535     // will be generated.
1536     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1537                                       &thisThread->captureHistory,
1538                                       contHist,
1539                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1540
1541     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1542     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1543     {
1544       assert(is_ok(move));
1545
1546       givesCheck = pos.gives_check(move);
1547       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
1548
1549       moveCount++;
1550
1551       // Futility pruning
1552       if (    bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1553           && !givesCheck
1554           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1555           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1556       {
1557           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1558
1559           // moveCount pruning
1560           if (moveCount > 2)
1561               continue;
1562
1563           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1564
1565           if (futilityValue <= alpha)
1566           {
1567               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1568               continue;
1569           }
1570
1571           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1572           {
1573               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1574               continue;
1575           }
1576       }
1577
1578       // Do not search moves with negative SEE values
1579       if (    bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1580           && !pos.see_ge(move))
1581           continue;
1582
1583       // Speculative prefetch as early as possible
1584       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1585
1586       // Check for legality just before making the move
1587       if (!pos.legal(move))
1588       {
1589           moveCount--;
1590           continue;
1591       }
1592
1593       ss->currentMove = move;
1594       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[ss->inCheck]
1595                                                                 [captureOrPromotion]
1596                                                                 [pos.moved_piece(move)]
1597                                                                 [to_sq(move)];
1598
1599       // CounterMove based pruning
1600       if (  !captureOrPromotion
1601           && bestValue > VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY
1602           && (*contHist[0])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1603           && (*contHist[1])[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1604           continue;
1605
1606       // Make and search the move
1607       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1608       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - 1);
1609       pos.undo_move(move);
1610
1611       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1612
1613       // Check for a new best move
1614       if (value > bestValue)
1615       {
1616           bestValue = value;
1617
1618           if (value > alpha)
1619           {
1620               bestMove = move;
1621
1622               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1623                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1624
1625               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1626                   alpha = value;
1627               else
1628                   break; // Fail high
1629           }
1630        }
1631     }
1632
1633     // All legal moves have been searched. A special case: if we're in check
1634     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1635     if (ss->inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1636     {
1637         assert(!MoveList<LEGAL>(pos).size());
1638
1639         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1640     }
1641
1642     // Save gathered info in transposition table
1643     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1644               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1645               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1646               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1647
1648     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1649
1650     return bestValue;
1651   }
1652
1653
1654   // value_to_tt() adjusts a mate or TB score from "plies to mate from the root" to
1655   // "plies to mate from the current position". Standard scores are unchanged.
1656   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1657
1658   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1659
1660     assert(v != VALUE_NONE);
1661
1662     return  v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1663           : v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1664   }
1665
1666
1667   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): it adjusts a mate or TB score
1668   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated from
1669   // current position) to "plies to mate/be mated (TB win/loss) from the root". However,
1670   // for mate scores, to avoid potentially false mate scores related to the 50 moves rule
1671   // and the graph history interaction, we return an optimal TB score instead.
1672
1673   Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c) {
1674
1675     if (v == VALUE_NONE)
1676         return VALUE_NONE;
1677
1678     if (v >= VALUE_TB_WIN_IN_MAX_PLY)  // TB win or better
1679     {
1680         if (v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE - v > 99 - r50c)
1681             return VALUE_MATE_IN_MAX_PLY - 1; // do not return a potentially false mate score
1682
1683         return v - ply;
1684     }
1685
1686     if (v <= VALUE_TB_LOSS_IN_MAX_PLY) // TB loss or worse
1687     {
1688         if (v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY && VALUE_MATE + v > 99 - r50c)
1689             return VALUE_MATED_IN_MAX_PLY + 1; // do not return a potentially false mate score
1690
1691         return v + ply;
1692     }
1693
1694     return v;
1695   }
1696
1697
1698   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1699
1700   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1701
1702     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1703         *pv++ = *childPv++;
1704     *pv = MOVE_NONE;
1705   }
1706
1707
1708   // update_all_stats() updates stats at the end of search() when a bestMove is found
1709
1710   void update_all_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move bestMove, Value bestValue, Value beta, Square prevSq,
1711                         Move* quietsSearched, int quietCount, Move* capturesSearched, int captureCount, Depth depth) {
1712
1713     int bonus1, bonus2;
1714     Color us = pos.side_to_move();
1715     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1716     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
1717     Piece moved_piece = pos.moved_piece(bestMove);
1718     PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(bestMove)));
1719
1720     bonus1 = stat_bonus(depth + 1);
1721     bonus2 = bestValue > beta + PawnValueMg ? bonus1               // larger bonus
1722                                             : stat_bonus(depth);   // smaller bonus
1723
1724     if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1725     {
1726         // Increase stats for the best move in case it was a quiet move
1727         update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, bonus2, depth);
1728
1729         // Decrease stats for all non-best quiet moves
1730         for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1731         {
1732             thisThread->mainHistory[us][from_to(quietsSearched[i])] << -bonus2;
1733             update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quietsSearched[i]), to_sq(quietsSearched[i]), -bonus2);
1734         }
1735     }
1736     else
1737         // Increase stats for the best move in case it was a capture move
1738         captureHistory[moved_piece][to_sq(bestMove)][captured] << bonus1;
1739
1740     // Extra penalty for a quiet early move that was not a TT move or
1741     // main killer move in previous ply when it gets refuted.
1742     if (   ((ss-1)->moveCount == 1 + (ss-1)->ttHit || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1743         && !pos.captured_piece())
1744             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus1);
1745
1746     // Decrease stats for all non-best capture moves
1747     for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1748     {
1749         moved_piece = pos.moved_piece(capturesSearched[i]);
1750         captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(capturesSearched[i])));
1751         captureHistory[moved_piece][to_sq(capturesSearched[i])][captured] << -bonus1;
1752     }
1753   }
1754
1755
1756   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1757   // by moves at ply -1, -2, -4, and -6 with current move.
1758
1759   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1760
1761     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1762     {
1763         // Only update first 2 continuation histories if we are in check
1764         if (ss->inCheck && i > 2)
1765             break;
1766         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1767             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1768     }
1769   }
1770
1771
1772   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics
1773
1774   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus, int depth) {
1775
1776     // Update killers
1777     if (ss->killers[0] != move)
1778     {
1779         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1780         ss->killers[0] = move;
1781     }
1782
1783     Color us = pos.side_to_move();
1784     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1785     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1786     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1787
1788     // Penalty for reversed move in case of moved piece not being a pawn
1789     if (type_of(pos.moved_piece(move)) != PAWN)
1790         thisThread->mainHistory[us][from_to(reverse_move(move))] << -bonus;
1791
1792     // Update countermove history
1793     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1794     {
1795         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1796         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1797     }
1798
1799     // Update low ply history
1800     if (depth > 11 && ss->ply < MAX_LPH)
1801         thisThread->lowPlyHistory[ss->ply][from_to(move)] << stat_bonus(depth - 7);
1802   }
1803
1804   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1805   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1806
1807   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1808
1809     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1810     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1811
1812     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1813     Value topScore = rootMoves[0].score;
1814     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1815     int weakness = 120 - 2 * level;
1816     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1817
1818     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1819     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1820     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1821     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1822     {
1823         // This is our magic formula
1824         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1825                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1826
1827         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1828         {
1829             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1830             best = rootMoves[i].pv[0];
1831         }
1832     }
1833
1834     return best;
1835   }
1836
1837 } // namespace
1838
1839
1840 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1841 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1842
1843 void MainThread::check_time() {
1844
1845   if (--callsCnt > 0)
1846       return;
1847
1848   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1849   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1850
1851   static TimePoint lastInfoTime = now();
1852
1853   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1854   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1855
1856   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1857   {
1858       lastInfoTime = tick;
1859       dbg_print();
1860   }
1861
1862   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1863   if (ponder)
1864       return;
1865
1866   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1867       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1868       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1869       Threads.stop = true;
1870 }
1871
1872
1873 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1874 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1875
1876 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1877
1878   std::stringstream ss;
1879   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1880   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1881   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1882   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1883   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1884   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1885
1886   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1887   {
1888       bool updated = rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE;
1889
1890       if (depth == 1 && !updated && i > 0)
1891           continue;
1892
1893       Depth d = updated ? depth : std::max(1, depth - 1);
1894       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1895
1896       if (v == -VALUE_INFINITE)
1897           v = VALUE_ZERO;
1898
1899       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY;
1900       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1901
1902       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1903           ss << "\n";
1904
1905       ss << "info"
1906          << " depth "    << d
1907          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1908          << " multipv "  << i + 1
1909          << " score "    << UCI::value(v);
1910
1911       if (Options["UCI_ShowWDL"])
1912           ss << UCI::wdl(v, pos.game_ply());
1913
1914       if (!tb && i == pvIdx)
1915           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1916
1917       ss << " nodes "    << nodesSearched
1918          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1919
1920       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1921           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1922
1923       ss << " tbhits "   << tbHits
1924          << " time "     << elapsed
1925          << " pv";
1926
1927       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1928           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1929   }
1930
1931   return ss.str();
1932 }
1933
1934
1935 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1936 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1937 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1938 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1939
1940 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1941
1942     StateInfo st;
1943     ASSERT_ALIGNED(&st, Eval::NNUE::kCacheLineSize);
1944
1945     bool ttHit;
1946
1947     assert(pv.size() == 1);
1948
1949     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1950         return false;
1951
1952     pos.do_move(pv[0], st);
1953     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1954
1955     if (ttHit)
1956     {
1957         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1958         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1959             pv.push_back(m);
1960     }
1961
1962     pos.undo_move(pv[0]);
1963     return pv.size() > 1;
1964 }
1965
1966 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1967
1968     RootInTB = false;
1969     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1970     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]);
1971     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1972     bool dtz_available = true;
1973
1974     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1975     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1976     if (Cardinality > MaxCardinality)
1977     {
1978         Cardinality = MaxCardinality;
1979         ProbeDepth = 0;
1980     }
1981
1982     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1983     {
1984         // Rank moves using DTZ tables
1985         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1986
1987         if (!RootInTB)
1988         {
1989             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1990             dtz_available = false;
1991             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1992         }
1993     }
1994
1995     if (RootInTB)
1996     {
1997         // Sort moves according to TB rank
1998         std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1999                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
2000
2001         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
2002         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
2003             Cardinality = 0;
2004     }
2005     else
2006     {
2007         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
2008         for (auto& m : rootMoves)
2009             m.tbRank = 0;
2010     }
2011 }