rotating symmetric patterns with increasing skipsize
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43   StateStackPtr SetupStates;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   uint64_t Hits;
50   bool RootInTB;
51   bool UseRule50;
52   Depth ProbeDepth;
53   Value Score;
54 }
55
56 namespace TB = Tablebases;
57
58 using std::string;
59 using Eval::evaluate;
60 using namespace Search;
61
62 namespace {
63
64   // Different node types, used as a template parameter
65   enum NodeType { NonPV, PV };
66
67   // Razoring and futility margin based on depth
68   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
69   Value futility_margin(Depth d) { return Value(200 * d); }
70
71   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
72   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
73   Depth Reductions[2][2][64][64]; // [pv][improving][depth][moveNumber]
74
75   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
76     return Reductions[PvNode][i][std::min(d, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
77   }
78
79   // Skill structure is used to implement strength limit
80   struct Skill {
81     Skill(int l) : level(l) {}
82     bool enabled() const { return level < 20; }
83     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
84     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
85     Move pick_best(size_t multiPV);
86
87     int level;
88     Move best = MOVE_NONE;
89   };
90
91   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
92   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
93   struct EasyMoveManager {
94
95     void clear() {
96       stableCnt = 0;
97       expectedPosKey = 0;
98       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
99     }
100
101     Move get(Key key) const {
102       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
103     }
104
105     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
106
107       assert(newPv.size() >= 3);
108
109       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
110       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
111
112       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
113       {
114           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
115
116           StateInfo st[2];
117           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
118           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
119           expectedPosKey = pos.key();
120           pos.undo_move(newPv[1]);
121           pos.undo_move(newPv[0]);
122       }
123     }
124
125     int stableCnt;
126     Key expectedPosKey;
127     Move pv[3];
128   };
129
130   EasyMoveManager EasyMove;
131   Value DrawValue[COLOR_NB];
132   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
133
134   template <NodeType NT>
135   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
136
137   template <NodeType NT, bool InCheck>
138   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
139
140   Value value_to_tt(Value v, int ply);
141   Value value_from_tt(Value v, int ply);
142   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
143   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
144   void check_time();
145
146 } // namespace
147
148
149 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
150
151 void Search::init() {
152
153   const double K[][2] = {{ 0.799, 2.281 }, { 0.484, 3.023 }};
154
155   for (int pv = 0; pv <= 1; ++pv)
156       for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
157           for (int d = 1; d < 64; ++d)
158               for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
159               {
160                   double r = K[pv][0] + log(d) * log(mc) / K[pv][1];
161
162                   if (r >= 1.5)
163                       Reductions[pv][imp][d][mc] = int(r) * ONE_PLY;
164
165                   // Increase reduction when eval is not improving
166                   if (!pv && !imp && Reductions[pv][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
167                       Reductions[pv][imp][d][mc] += ONE_PLY;
168               }
169
170   for (int d = 0; d < 16; ++d)
171   {
172       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
173       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
174   }
175 }
176
177
178 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
179
180 void Search::clear() {
181
182   TT.clear();
183   CounterMoveHistory.clear();
184
185   for (Thread* th : Threads)
186   {
187       th->history.clear();
188       th->counterMoves.clear();
189   }
190
191   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
192 }
193
194
195 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
196 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
197 template<bool Root>
198 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
199
200   StateInfo st;
201   uint64_t cnt, nodes = 0;
202   CheckInfo ci(pos);
203   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
204
205   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
206   {
207       if (Root && depth <= ONE_PLY)
208           cnt = 1, nodes++;
209       else
210       {
211           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
212           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
213           nodes += cnt;
214           pos.undo_move(m);
215       }
216       if (Root)
217           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
218   }
219   return nodes;
220 }
221
222 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
223
224
225 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
226 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
227
228 void MainThread::search() {
229
230   Color us = rootPos.side_to_move();
231   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
232
233   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
234   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
235   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
236
237   TB::Hits = 0;
238   TB::RootInTB = false;
239   TB::UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
240   TB::ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
241   TB::Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
242
243   // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
244   if (TB::Cardinality > TB::MaxCardinality)
245   {
246       TB::Cardinality = TB::MaxCardinality;
247       TB::ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
248   }
249
250   if (rootMoves.empty())
251   {
252       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
253       sync_cout << "info depth 0 score "
254                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
255                 << sync_endl;
256   }
257   else
258   {
259       if (    TB::Cardinality >=  rootPos.count<ALL_PIECES>(WHITE)
260                                 + rootPos.count<ALL_PIECES>(BLACK)
261           && !rootPos.can_castle(ANY_CASTLING))
262       {
263           // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
264           // contains only moves that preserve the draw or the win.
265           TB::RootInTB = Tablebases::root_probe(rootPos, rootMoves, TB::Score);
266
267           if (TB::RootInTB)
268               TB::Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
269
270           else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
271           {
272               // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
273               TB::RootInTB = Tablebases::root_probe_wdl(rootPos, rootMoves, TB::Score);
274
275               // Only probe during search if winning
276               if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
277                   TB::Cardinality = 0;
278           }
279
280           if (TB::RootInTB)
281           {
282               TB::Hits = rootMoves.size();
283
284               if (!TB::UseRule50)
285                   TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
286                              : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
287                                                       :  VALUE_DRAW;
288           }
289       }
290
291       for (Thread* th : Threads)
292       {
293           th->maxPly = 0;
294           th->rootDepth = DEPTH_ZERO;
295           if (th != this)
296           {
297               th->rootPos = Position(rootPos, th);
298               th->rootMoves = rootMoves;
299               th->start_searching();
300           }
301       }
302
303       Thread::search(); // Let's start searching!
304   }
305
306   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
307   // the available ones before exiting.
308   if (Limits.npmsec)
309       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
310
311   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
312   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
313   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
314   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
315   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
316   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
317   {
318       Signals.stopOnPonderhit = true;
319       wait(Signals.stop);
320   }
321
322   // Stop the threads if not already stopped
323   Signals.stop = true;
324
325   // Wait until all threads have finished
326   for (Thread* th : Threads)
327       if (th != this)
328           th->wait_for_search_finished();
329
330   // Check if there are threads with a better score than main thread
331   Thread* bestThread = this;
332   if (   !this->easyMovePlayed
333       &&  Options["MultiPV"] == 1
334       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled())
335   {
336       for (Thread* th : Threads)
337           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
338               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
339               bestThread = th;
340   }
341
342   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
343
344   // Send new PV when needed
345   if (bestThread != this)
346       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
347
348   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
349
350   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
351       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
352
353   std::cout << sync_endl;
354 }
355
356 const int halfDensityMap[][9] =
357 {
358     {2, 0, 1},
359     {2, 1, 0},
360
361     {4, 0, 0, 1, 1},
362     {4, 0, 1, 1, 0},
363     {4, 1, 1, 0, 0},
364     {4, 1, 0, 0, 1},
365
366     {6, 0, 0, 0, 1, 1, 1},
367     {6, 0, 0, 1, 1, 1, 0},
368     {6, 0, 1, 1, 1, 0, 0},
369     {6, 1, 1, 1, 0, 0, 0},
370     {6, 1, 1, 0, 0, 0, 1},
371     {6, 1, 0, 0, 0, 1, 1},
372
373     {8, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
374     {8, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
375     {8, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
376     {8, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
377     {8, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
378     {8, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
379     {8, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
380     {8, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
381 };
382
383
384 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
385 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
386 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
387
388 void Thread::search() {
389
390   Stack stack[MAX_PLY+4], *ss = stack+2; // To allow referencing (ss-2) and (ss+2)
391   Value bestValue, alpha, beta, delta;
392   Move easyMove = MOVE_NONE;
393   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
394
395   std::memset(ss-2, 0, 5 * sizeof(Stack));
396
397   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
398   beta = VALUE_INFINITE;
399   completedDepth = DEPTH_ZERO;
400
401   if (mainThread)
402   {
403       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
404       EasyMove.clear();
405       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
406       mainThread->bestMoveChanges = 0;
407       TT.new_search();
408   }
409
410   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
411   Skill skill(Options["Skill Level"]);
412
413   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
414   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
415   if (skill.enabled())
416       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
417
418   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
419
420   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
421   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || rootDepth <= Limits.depth))
422   {
423       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
424       // 2nd ply (using a half-density matrix).
425       if (!mainThread)
426       {
427           int row = (idx - 1) % 20;
428           if (halfDensityMap[row][(rootDepth + rootPos.game_ply()) % halfDensityMap[row][0] + 1])
429              continue;
430       }
431
432       // Age out PV variability metric
433       if (mainThread)
434           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
435
436       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
437       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
438       for (RootMove& rm : rootMoves)
439           rm.previousScore = rm.score;
440
441       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
442       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
443       {
444           // Reset aspiration window starting size
445           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
446           {
447               delta = Value(18);
448               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
449               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
450           }
451
452           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
453           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
454           // high/low anymore.
455           while (true)
456           {
457               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
458
459               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
460               // is done with a stable algorithm because all the values but the
461               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
462               // and we want to keep the same order for all the moves except the
463               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
464               // search the already searched PV lines are preserved.
465               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
466
467               // Write PV back to the transposition table in case the relevant
468               // entries have been overwritten during the search.
469               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
470                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
471
472               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
473               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
474               // valid, although it refers to the previous iteration.
475               if (Signals.stop)
476                   break;
477
478               // When failing high/low give some update (without cluttering
479               // the UI) before a re-search.
480               if (   mainThread
481                   && multiPV == 1
482                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
483                   && Time.elapsed() > 3000)
484                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
485
486               // In case of failing low/high increase aspiration window and
487               // re-search, otherwise exit the loop.
488               if (bestValue <= alpha)
489               {
490                   beta = (alpha + beta) / 2;
491                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
492
493                   if (mainThread)
494                   {
495                       mainThread->failedLow = true;
496                       Signals.stopOnPonderhit = false;
497                   }
498               }
499               else if (bestValue >= beta)
500               {
501                   alpha = (alpha + beta) / 2;
502                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
503               }
504               else
505                   break;
506
507               delta += delta / 4 + 5;
508
509               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
510           }
511
512           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
513           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
514
515           if (!mainThread)
516               break;
517
518           if (Signals.stop)
519               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
520                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
521
522           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
523               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
524       }
525
526       if (!Signals.stop)
527           completedDepth = rootDepth;
528
529       if (!mainThread)
530           continue;
531
532       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
533       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
534           skill.pick_best(multiPV);
535
536       // Have we found a "mate in x"?
537       if (   Limits.mate
538           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
539           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
540           Signals.stop = true;
541
542       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
543       if (Limits.use_time_management())
544       {
545           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
546           {
547               // Take some extra time if the best move has changed
548               if (rootDepth > 4 * ONE_PLY && multiPV == 1)
549                   Time.pv_instability(mainThread->bestMoveChanges);
550
551               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
552               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
553               // from the previous search and just did a fast verification.
554               const bool F[] = { !mainThread->failedLow,
555                                  bestValue >= mainThread->previousScore };
556
557               int improvingFactor = 640 - 160*F[0] - 126*F[1] - 124*F[0]*F[1];
558
559               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
560                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
561                                && Time.elapsed() > Time.available() * 25 / 206;
562
563               if (   rootMoves.size() == 1
564                   || Time.elapsed() > Time.available() * improvingFactor / 640
565                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
566               {
567                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
568                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
569                   if (Limits.ponder)
570                       Signals.stopOnPonderhit = true;
571                   else
572                       Signals.stop = true;
573               }
574           }
575
576           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
577               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
578           else
579               EasyMove.clear();
580       }
581   }
582
583   if (!mainThread)
584       return;
585
586   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
587   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
588   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
589       EasyMove.clear();
590
591   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
592   if (skill.enabled())
593       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
594                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
595 }
596
597
598 namespace {
599
600   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
601
602   template <NodeType NT>
603   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
604
605     const bool PvNode = NT == PV;
606     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
607
608     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
609     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
610     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
611
612     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
613     StateInfo st;
614     TTEntry* tte;
615     Key posKey;
616     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
617     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
618     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue, futilityValue;
619     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
620     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch;
621     int moveCount, quietCount;
622
623     // Step 1. Initialize node
624     Thread* thisThread = pos.this_thread();
625     inCheck = pos.checkers();
626     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
627     bestValue = -VALUE_INFINITE;
628     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
629
630     // Check for the available remaining time
631     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
632     {
633         thisThread->resetCalls = false;
634         thisThread->callsCnt = 0;
635     }
636     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
637     {
638         for (Thread* th : Threads)
639             th->resetCalls = true;
640
641         check_time();
642     }
643
644     // Used to send selDepth info to GUI
645     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
646         thisThread->maxPly = ss->ply;
647
648     if (!rootNode)
649     {
650         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
651         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
652             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
653                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
654
655         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
656         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
657         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
658         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
659         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
660         // mate. In this case return a fail-high score.
661         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
662         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
663         if (alpha >= beta)
664             return alpha;
665     }
666
667     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
668
669     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
670     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
671     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
672
673     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
674     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
675     // position key in case of an excluded move.
676     excludedMove = ss->excludedMove;
677     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
678     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
679     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
680     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
681             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
682
683     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
684     if (  !PvNode
685         && ttHit
686         && tte->depth() >= depth
687         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
688         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
689                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
690     {
691         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
692
693         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
694         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
695             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
696
697         return ttValue;
698     }
699
700     // Step 4a. Tablebase probe
701     if (!rootNode && TB::Cardinality)
702     {
703         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
704
705         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
706             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
707             &&  pos.rule50_count() == 0
708             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
709         {
710             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
711
712             if (found)
713             {
714                 TB::Hits++;
715
716                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
717
718                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
719                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
720                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
721
722                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
723                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
724                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
725
726                 return value;
727             }
728         }
729     }
730
731     // Step 5. Evaluate the position statically
732     if (inCheck)
733     {
734         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
735         goto moves_loop;
736     }
737
738     else if (ttHit)
739     {
740         // Never assume anything on values stored in TT
741         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
742             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
743
744         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
745         if (ttValue != VALUE_NONE)
746             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
747                 eval = ttValue;
748     }
749     else
750     {
751         eval = ss->staticEval =
752         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
753                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
754
755         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
756                   ss->staticEval, TT.generation());
757     }
758
759     if (ss->skipEarlyPruning)
760         goto moves_loop;
761
762     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
763     if (   !PvNode
764         &&  depth < 4 * ONE_PLY
765         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
766         &&  ttMove == MOVE_NONE)
767     {
768         if (   depth <= ONE_PLY
769             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
770             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
771
772         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
773         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
774         if (v <= ralpha)
775             return v;
776     }
777
778     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
779     if (   !rootNode
780         &&  depth < 7 * ONE_PLY
781         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
782         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
783         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
784         return eval - futility_margin(depth);
785
786     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
787     if (   !PvNode
788         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
789         &&  eval >= beta
790         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
791     {
792         ss->currentMove = MOVE_NULL;
793
794         assert(eval - beta >= 0);
795
796         // Null move dynamic reduction based on depth and value
797         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
798
799         pos.do_null_move(st);
800         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
801         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
802                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
803         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
804         pos.undo_null_move();
805
806         if (nullValue >= beta)
807         {
808             // Do not return unproven mate scores
809             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
810                 nullValue = beta;
811
812             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
813                 return nullValue;
814
815             // Do verification search at high depths
816             ss->skipEarlyPruning = true;
817             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
818                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
819             ss->skipEarlyPruning = false;
820
821             if (v >= beta)
822                 return nullValue;
823         }
824     }
825
826     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
827     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
828     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
829     // safely prune the previous move.
830     if (   !PvNode
831         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
832         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
833     {
834         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
835         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
836
837         assert(rdepth >= ONE_PLY);
838         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
839         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
840
841         MovePicker mp(pos, ttMove, thisThread->history, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
842         CheckInfo ci(pos);
843
844         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
845             if (pos.legal(move, ci.pinned))
846             {
847                 ss->currentMove = move;
848                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
849                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
850                 pos.undo_move(move);
851                 if (value >= rbeta)
852                     return value;
853             }
854     }
855
856     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
857     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
858         && !ttMove
859         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
860     {
861         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
862         ss->skipEarlyPruning = true;
863         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
864         ss->skipEarlyPruning = false;
865
866         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
867         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
868     }
869
870 moves_loop: // When in check search starts from here
871
872     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
873     Move cm = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
874     const CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
875
876     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, thisThread->history, cmh, cm, ss);
877     CheckInfo ci(pos);
878     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
879     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
880                || ss->staticEval == VALUE_NONE
881                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
882
883     singularExtensionNode =   !rootNode
884                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
885                            &&  ttMove != MOVE_NONE
886                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
887                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
888                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
889                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
890                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
891
892     // Step 11. Loop through moves
893     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
894     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
895     {
896       assert(is_ok(move));
897
898       if (move == excludedMove)
899           continue;
900
901       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
902       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
903       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
904       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
905                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
906           continue;
907
908       ss->moveCount = ++moveCount;
909
910       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
911           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
912                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
913                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
914
915       if (PvNode)
916           (ss+1)->pv = nullptr;
917
918       extension = DEPTH_ZERO;
919       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
920
921       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
922                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
923                   : pos.gives_check(move, ci);
924
925       // Step 12. Extend checks
926       if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)
927           extension = ONE_PLY;
928
929       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
930       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
931       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
932       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
933       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
934       if (    singularExtensionNode
935           &&  move == ttMove
936           && !extension
937           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
938       {
939           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
940           ss->excludedMove = move;
941           ss->skipEarlyPruning = true;
942           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
943           ss->skipEarlyPruning = false;
944           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
945
946           if (value < rBeta)
947               extension = ONE_PLY;
948       }
949
950       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
951       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
952
953       // Step 13. Pruning at shallow depth
954       if (   !rootNode
955           && !captureOrPromotion
956           && !inCheck
957           && !givesCheck
958           && !pos.advanced_pawn_push(move)
959           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
960       {
961           // Move count based pruning
962           if (   depth < 16 * ONE_PLY
963               && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth])
964               continue;
965
966           // History based pruning
967           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
968               && move != ss->killers[0]
969               && thisThread->history[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
970               && cmh[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
971               continue;
972
973           predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
974
975           // Futility pruning: parent node
976           if (predictedDepth < 7 * ONE_PLY)
977           {
978               futilityValue = ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256;
979
980               if (futilityValue <= alpha)
981               {
982                   bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
983                   continue;
984               }
985           }
986
987           // Prune moves with negative SEE at low depths
988           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
989               continue;
990       }
991
992       // Speculative prefetch as early as possible
993       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
994
995       // Check for legality just before making the move
996       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
997       {
998           ss->moveCount = --moveCount;
999           continue;
1000       }
1001
1002       ss->currentMove = move;
1003
1004       // Step 14. Make the move
1005       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1006
1007       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1008       // re-searched at full depth.
1009       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1010           &&  moveCount > 1
1011           && !captureOrPromotion)
1012       {
1013           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1014
1015           // Increase reduction for cut nodes and moves with a bad history
1016           if (   (!PvNode && cutNode)
1017               || (   thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] < VALUE_ZERO
1018                   && cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)] <= VALUE_ZERO))
1019               r += ONE_PLY;
1020
1021           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1022           int rHist = (  thisThread->history[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]
1023                        + cmh[pos.piece_on(to_sq(move))][to_sq(move)]) / 14980;
1024           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
1025
1026           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1027           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1028           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
1029           // because the destination square is empty.
1030           if (   r
1031               && type_of(move) == NORMAL
1032               && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
1033               && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
1034               r = std::max(DEPTH_ZERO, r - ONE_PLY);
1035
1036           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1037
1038           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1039
1040           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
1041       }
1042       else
1043           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1044
1045       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1046       if (doFullDepthSearch)
1047           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1048                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1049                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1050                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1051
1052       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1053       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1054       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1055       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1056       {
1057           (ss+1)->pv = pv;
1058           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1059
1060           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1061                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1062                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1063                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1064       }
1065
1066       // Step 17. Undo move
1067       pos.undo_move(move);
1068
1069       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1070
1071       // Step 18. Check for a new best move
1072       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1073       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1074       // updating best move, PV and TT.
1075       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1076           return VALUE_ZERO;
1077
1078       if (rootNode)
1079       {
1080           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1081                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1082
1083           // PV move or new best move ?
1084           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1085           {
1086               rm.score = value;
1087               rm.pv.resize(1);
1088
1089               assert((ss+1)->pv);
1090
1091               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1092                   rm.pv.push_back(*m);
1093
1094               // We record how often the best move has been changed in each
1095               // iteration. This information is used for time management: When
1096               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1097               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1098                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1099           }
1100           else
1101               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1102               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1103               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1104               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1105       }
1106
1107       if (value > bestValue)
1108       {
1109           bestValue = value;
1110
1111           if (value > alpha)
1112           {
1113               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1114               if (    PvNode
1115                   &&  thisThread == Threads.main()
1116                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1117                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1118                   EasyMove.clear();
1119
1120               bestMove = move;
1121
1122               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1123                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1124
1125               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1126                   alpha = value;
1127               else
1128               {
1129                   assert(value >= beta); // Fail high
1130                   break;
1131               }
1132           }
1133       }
1134
1135       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1136           quietsSearched[quietCount++] = move;
1137     }
1138
1139     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1140     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1141     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1142     /*
1143        if (Signals.stop)
1144         return VALUE_DRAW;
1145     */
1146
1147     // Step 20. Check for mate and stalemate
1148     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1149     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1150     // return a fail low score.
1151     if (!moveCount)
1152         bestValue = excludedMove ? alpha
1153                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1154
1155     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1156     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1157         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1158
1159     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1160     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1161              && !bestMove
1162              && !inCheck
1163              && !pos.captured_piece_type()
1164              && is_ok((ss - 1)->currentMove)
1165              && is_ok((ss - 2)->currentMove))
1166     {
1167         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1168         Square prevPrevSq = to_sq((ss - 2)->currentMove);
1169         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1170         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1171     }
1172
1173     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1174               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1175               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1176               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1177
1178     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1179
1180     return bestValue;
1181   }
1182
1183
1184   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1185   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1186   // less than ONE_PLY).
1187
1188   template <NodeType NT, bool InCheck>
1189   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1190
1191     const bool PvNode = NT == PV;
1192
1193     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1194     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1195     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1196     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1197
1198     Move pv[MAX_PLY+1];
1199     StateInfo st;
1200     TTEntry* tte;
1201     Key posKey;
1202     Move ttMove, move, bestMove;
1203     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1204     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1205     Depth ttDepth;
1206
1207     if (PvNode)
1208     {
1209         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1210         (ss+1)->pv = pv;
1211         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1212     }
1213
1214     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1215     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1216
1217     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1218     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1219         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1220                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1221
1222     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1223
1224     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1225     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1226     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1227     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1228                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1229
1230     // Transposition table lookup
1231     posKey = pos.key();
1232     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1233     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1234     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1235
1236     if (  !PvNode
1237         && ttHit
1238         && tte->depth() >= ttDepth
1239         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1240         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1241                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1242     {
1243         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1244         return ttValue;
1245     }
1246
1247     // Evaluate the position statically
1248     if (InCheck)
1249     {
1250         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1251         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1252     }
1253     else
1254     {
1255         if (ttHit)
1256         {
1257             // Never assume anything on values stored in TT
1258             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1259                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1260
1261             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1262             if (ttValue != VALUE_NONE)
1263                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1264                     bestValue = ttValue;
1265         }
1266         else
1267             ss->staticEval = bestValue =
1268             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1269                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1270
1271         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1272         if (bestValue >= beta)
1273         {
1274             if (!ttHit)
1275                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1276                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1277
1278             return bestValue;
1279         }
1280
1281         if (PvNode && bestValue > alpha)
1282             alpha = bestValue;
1283
1284         futilityBase = bestValue + 128;
1285     }
1286
1287     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1288     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1289     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1290     // be generated.
1291     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, pos.this_thread()->history, to_sq((ss-1)->currentMove));
1292     CheckInfo ci(pos);
1293
1294     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1295     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1296     {
1297       assert(is_ok(move));
1298
1299       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1300                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1301                   : pos.gives_check(move, ci);
1302
1303       // Futility pruning
1304       if (   !InCheck
1305           && !givesCheck
1306           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1307           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1308       {
1309           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1310
1311           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1312
1313           if (futilityValue <= alpha)
1314           {
1315               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1316               continue;
1317           }
1318
1319           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1320           {
1321               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1322               continue;
1323           }
1324       }
1325
1326       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1327       evasionPrunable =    InCheck
1328                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1329                        && !pos.capture(move);
1330
1331       // Don't search moves with negative SEE values
1332       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1333           &&  type_of(move) != PROMOTION
1334           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1335           continue;
1336
1337       // Speculative prefetch as early as possible
1338       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1339
1340       // Check for legality just before making the move
1341       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1342           continue;
1343
1344       ss->currentMove = move;
1345
1346       // Make and search the move
1347       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1348       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1349                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1350       pos.undo_move(move);
1351
1352       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1353
1354       // Check for a new best move
1355       if (value > bestValue)
1356       {
1357           bestValue = value;
1358
1359           if (value > alpha)
1360           {
1361               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1362                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1363
1364               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1365               {
1366                   alpha = value;
1367                   bestMove = move;
1368               }
1369               else // Fail high
1370               {
1371                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1372                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1373
1374                   return value;
1375               }
1376           }
1377        }
1378     }
1379
1380     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1381     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1382     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1383         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1384
1385     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1386               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1387               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1388
1389     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1390
1391     return bestValue;
1392   }
1393
1394
1395   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1396   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1397   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1398
1399   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1400
1401     assert(v != VALUE_NONE);
1402
1403     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1404           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1405   }
1406
1407
1408   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1409   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1410   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1411
1412   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1413
1414     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1415           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1416           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1417   }
1418
1419
1420   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1421
1422   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1423
1424     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1425         *pv++ = *childPv++;
1426     *pv = MOVE_NONE;
1427   }
1428
1429
1430   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove
1431   // history when a new quiet best move is found.
1432
1433   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1434                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1435
1436     if (ss->killers[0] != move)
1437     {
1438         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1439         ss->killers[0] = move;
1440     }
1441
1442     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + depth / ONE_PLY - 1);
1443
1444     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1445     CounterMoveStats& cmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
1446     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1447
1448     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1449
1450     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1451     {
1452         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1453         cmh.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1454     }
1455
1456     // Decrease all the other played quiet moves
1457     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1458     {
1459         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1460
1461         if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1462             cmh.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1463     }
1464
1465     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1466     if (   (ss-1)->moveCount == 1
1467         && !pos.captured_piece_type()
1468         && is_ok((ss-2)->currentMove))
1469     {
1470         Square prevPrevSq = to_sq((ss-2)->currentMove);
1471         CounterMoveStats& prevCmh = CounterMoveHistory[pos.piece_on(prevPrevSq)][prevPrevSq];
1472         prevCmh.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY);
1473     }
1474   }
1475
1476
1477   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1478   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1479
1480   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1481
1482     const Search::RootMoveVector& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1483     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1484
1485     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1486     Value topScore = rootMoves[0].score;
1487     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1488     int weakness = 120 - 2 * level;
1489     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1490
1491     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1492     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1493     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1494     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1495     {
1496         // This is our magic formula
1497         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1498                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1499
1500         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1501         {
1502             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1503             best = rootMoves[i].pv[0];
1504         }
1505     }
1506
1507     return best;
1508   }
1509
1510
1511   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1512   // when we are out of available time and thus stop the search.
1513
1514   void check_time() {
1515
1516     static TimePoint lastInfoTime = now();
1517
1518     int elapsed = Time.elapsed();
1519     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1520
1521     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1522     {
1523         lastInfoTime = tick;
1524         dbg_print();
1525     }
1526
1527     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1528     if (Limits.ponder)
1529         return;
1530
1531     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1532         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1533         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1534             Signals.stop = true;
1535   }
1536
1537 } // namespace
1538
1539
1540 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1541 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1542
1543 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1544
1545   std::stringstream ss;
1546   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1547   const Search::RootMoveVector& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1548   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1549   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1550   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1551
1552   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1553   {
1554       bool updated = (i <= PVIdx);
1555
1556       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1557           continue;
1558
1559       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1560       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1561
1562       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1563       v = tb ? TB::Score : v;
1564
1565       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1566           ss << "\n";
1567
1568       ss << "info"
1569          << " depth "    << d / ONE_PLY
1570          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1571          << " multipv "  << i + 1
1572          << " score "    << UCI::value(v);
1573
1574       if (!tb && i == PVIdx)
1575           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1576
1577       ss << " nodes "    << nodes_searched
1578          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1579
1580       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1581           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1582
1583       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1584          << " time "     << elapsed
1585          << " pv";
1586
1587       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1588           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1589   }
1590
1591   return ss.str();
1592 }
1593
1594
1595 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1596 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1597 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1598
1599 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1600
1601   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1602   bool ttHit;
1603
1604   for (Move m : pv)
1605   {
1606       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1607
1608       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1609
1610       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1611           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1612                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1613
1614       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1615   }
1616
1617   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1618       pos.undo_move(pv[--i]);
1619 }
1620
1621
1622 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1623 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1624 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1625 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1626
1627 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1628 {
1629     StateInfo st;
1630     bool ttHit;
1631
1632     assert(pv.size() == 1);
1633
1634     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1635     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1636     pos.undo_move(pv[0]);
1637
1638     if (ttHit)
1639     {
1640         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1641         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1642            return pv.push_back(m), true;
1643     }
1644
1645     return false;
1646 }