639c5bc55bf9a1d6d676d29bf2678ed80241cccf
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic 
89   // and to avoid 3fold-blindness.
90   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
91     return depth < 4 ? VALUE_DRAW 
92                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   template <NodeType NT>
107   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
108
109   template <NodeType NT>
110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
111
112   Value value_to_tt(Value v, int ply);
113   Value value_from_tt(Value v, int ply);
114   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
115   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
116   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
117   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
118
119   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
120     Color us = pos.side_to_move();
121     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
122           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
123           : pos.gives_check(move);
124   }
125
126   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
127   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
128   template<bool Root>
129   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
130
131     StateInfo st;
132     uint64_t cnt, nodes = 0;
133     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
134
135     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
136     {
137         if (Root && depth <= ONE_PLY)
138             cnt = 1, nodes++;
139         else
140         {
141             pos.do_move(m, st);
142             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
143             nodes += cnt;
144             pos.undo_move(m);
145         }
146         if (Root)
147             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
148     }
149     return nodes;
150   }
151
152 } // namespace
153
154
155 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
156
157 void Search::init() {
158
159   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
160       for (int d = 1; d < 64; ++d)
161           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
162           {
163               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
164
165               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
166               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
167
168               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
169               if (!imp && r > 1.0)
170                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
171           }
172
173   for (int d = 0; d < 16; ++d)
174   {
175       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
176       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
177   }
178 }
179
180
181 /// Search::clear() resets search state to its initial value
182
183 void Search::clear() {
184
185   Threads.main()->wait_for_search_finished();
186
187   Time.availableNodes = 0;
188   TT.clear();
189   Threads.clear();
190 }
191
192
193 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
194 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
195
196 void MainThread::search() {
197
198   if (Limits.perft)
199   {
200       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
201       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
202       return;
203   }
204
205   Color us = rootPos.side_to_move();
206   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
207   TT.new_search();
208
209   if (rootMoves.empty())
210   {
211       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
212       sync_cout << "info depth 0 score "
213                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
214                 << sync_endl;
215   }
216   else
217   {
218       for (Thread* th : Threads)
219           if (th != this)
220               th->start_searching();
221
222       Thread::search(); // Let's start searching!
223   }
224
225   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
226   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
227   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
228   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
229   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
230   Threads.stopOnPonderhit = true;
231
232   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
233   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
234
235   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
236   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
237   Threads.stop = true;
238
239   // Wait until all threads have finished
240   for (Thread* th : Threads)
241       if (th != this)
242           th->wait_for_search_finished();
243
244   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
245   // the available ones before exiting.
246   if (Limits.npmsec)
247       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
248
249   // Check if there are threads with a better score than main thread
250   Thread* bestThread = this;
251   if (    Options["MultiPV"] == 1
252       && !Limits.depth
253       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
254       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
255   {
256       std::map<Move, int> votes;
257       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
258
259       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
260       for (Thread* th: Threads)
261       {
262           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
263           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] = 0;
264       }
265
266       // Vote according to score and depth
267       for (Thread* th : Threads)
268           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=  int(th->rootMoves[0].score - minScore)
269                                           + int(th->completedDepth);
270
271       // Select best thread
272       int bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
273       for (Thread* th : Threads)
274       {
275           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
276           {
277               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
278               bestThread = th;
279           }
280       }
281   }
282
283   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
284
285   // Send again PV info if we have a new best thread
286   if (bestThread != this)
287       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
288
289   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
290
291   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
292       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
293
294   std::cout << sync_endl;
295 }
296
297
298 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
299 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
300 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
301
302 void Thread::search() {
303
304   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
305   Value bestValue, alpha, beta, delta;
306   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
307   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
308   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
309   double timeReduction = 1.0;
310   Color us = rootPos.side_to_move();
311   bool failedLow;
312
313   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
314   for (int i = 4; i > 0; i--)
315      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
316
317   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
318   beta = VALUE_INFINITE;
319
320   if (mainThread)
321       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
322
323   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
324   Skill skill(Options["Skill Level"]);
325
326   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
327   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
328   if (skill.enabled())
329       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
330
331   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
332
333   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
334
335   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
336   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
337       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
338           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
339           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
340           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
341           : ct;
342
343   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
344   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
345                           : -make_score(ct, ct / 2));
346
347   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
348   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
349          && !Threads.stop
350          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
351   {
352       // Distribute search depths across the helper threads
353       if (idx > 0)
354       {
355           int i = (idx - 1) % 20;
356           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
357               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
358       }
359
360       // Age out PV variability metric
361       if (mainThread)
362           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
363
364       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
365       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
366       for (RootMove& rm : rootMoves)
367           rm.previousScore = rm.score;
368
369       size_t pvFirst = 0;
370       pvLast = 0;
371
372       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
373       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
374       {
375           if (pvIdx == pvLast)
376           {
377               pvFirst = pvLast;
378               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
379                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
380                       break;
381           }
382
383           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
384           selDepth = 0;
385
386           // Reset aspiration window starting size
387           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
388           {
389               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
390               delta = Value(18);
391               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
392               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
393
394               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
395               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
396
397               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
398                                       : -make_score(dct, dct / 2));
399           }
400
401           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
402           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
403           // high/low anymore.
404           while (true)
405           {
406               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
407
408               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
409               // is done with a stable algorithm because all the values but the
410               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
411               // and we want to keep the same order for all the moves except the
412               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
413               // search the already searched PV lines are preserved.
414               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
415
416               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
417               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
418               // the previous iteration.
419               if (Threads.stop)
420                   break;
421
422               // When failing high/low give some update (without cluttering
423               // the UI) before a re-search.
424               if (   mainThread
425                   && multiPV == 1
426                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
427                   && Time.elapsed() > 3000)
428                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
429
430               // In case of failing low/high increase aspiration window and
431               // re-search, otherwise exit the loop.
432               if (bestValue <= alpha)
433               {
434                   beta = (alpha + beta) / 2;
435                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
436
437                   if (mainThread)
438                   {
439                       failedLow = true;
440                       Threads.stopOnPonderhit = false;
441                   }
442               }
443               else if (bestValue >= beta)
444                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
445               else
446                   break;
447
448               delta += delta / 4 + 5;
449
450               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
451           }
452
453           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
454           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
455
456           if (    mainThread
457               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
458               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
459       }
460
461       if (!Threads.stop)
462           completedDepth = rootDepth;
463
464       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
465          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
466          lastBestMoveDepth = rootDepth;
467       }
468
469       // Have we found a "mate in x"?
470       if (   Limits.mate
471           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
472           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
473           Threads.stop = true;
474
475       if (!mainThread)
476           continue;
477
478       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
479       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
480           skill.pick_best(multiPV);
481
482       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
483       if (    Limits.use_time_management()
484           && !Threads.stop
485           && !Threads.stopOnPonderhit)
486           {
487               const int F[] = { failedLow,
488                                 bestValue - mainThread->previousScore };
489
490               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
491
492               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
493               timeReduction = 1.0;
494               for (int i : {3, 4, 5})
495                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
496                      timeReduction *= 1.25;
497
498               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
499               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
500               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
501
502               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
503               if (   rootMoves.size() == 1
504                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
505               {
506                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
507                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
508                   if (Threads.ponder)
509                       Threads.stopOnPonderhit = true;
510                   else
511                       Threads.stop = true;
512               }
513           }
514   }
515
516   if (!mainThread)
517       return;
518
519   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
520
521   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
522   if (skill.enabled())
523       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
524                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
525 }
526
527
528 namespace {
529
530   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
531
532   template <NodeType NT>
533   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
534
535     constexpr bool PvNode = NT == PV;
536     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
537
538     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
539     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
540     if (   pos.rule50_count() >= 3
541         && alpha < VALUE_DRAW
542         && !rootNode
543         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
544     {
545         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
546         if (alpha >= beta)
547             return alpha;
548     }
549
550     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
551     if (depth < ONE_PLY)
552         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
553
554     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
555     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
556     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
557     assert(!(PvNode && cutNode));
558     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
559
560     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
561     StateInfo st;
562     TTEntry* tte;
563     Key posKey;
564     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
565     Depth extension, newDepth;
566     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
567     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
568     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
569     Piece movedPiece;
570     int moveCount, captureCount, quietCount;
571
572     // Step 1. Initialize node
573     Thread* thisThread = pos.this_thread();
574     inCheck = pos.checkers();
575     Color us = pos.side_to_move();
576     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
577     bestValue = -VALUE_INFINITE;
578     maxValue = VALUE_INFINITE;
579
580     // Check for the available remaining time
581     if (thisThread == Threads.main())
582         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
583
584     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
585     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
586         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
587
588     if (!rootNode)
589     {
590         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
591         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
592             || pos.is_draw(ss->ply)
593             || ss->ply >= MAX_PLY)
594             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) 
595                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
596
597         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
598         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
599         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
600         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
601         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
602         // mate. In this case return a fail-high score.
603         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
604         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
605         if (alpha >= beta)
606             return alpha;
607     }
608
609     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
610
611     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
612     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
613     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
614     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
615     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
616
617     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
618     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
619     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
620     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
621     // LMR which are based on the statScore of parent position.
622     (ss+2)->statScore = 0;
623
624     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
625     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
626     // position key in case of an excluded move.
627     excludedMove = ss->excludedMove;
628     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
629     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
630     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
631     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
632             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
633
634     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
635     if (  !PvNode
636         && ttHit
637         && tte->depth() >= depth
638         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
639         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
640                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
641     {
642         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
643         if (ttMove)
644         {
645             if (ttValue >= beta)
646             {
647                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
648                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
649
650                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
651                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
652                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
653             }
654             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
655             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
656             {
657                 int penalty = -stat_bonus(depth);
658                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
659                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
660             }
661         }
662         return ttValue;
663     }
664
665     // Step 5. Tablebases probe
666     if (!rootNode && TB::Cardinality)
667     {
668         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
669
670         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
671             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
672             &&  pos.rule50_count() == 0
673             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
674         {
675             TB::ProbeState err;
676             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
677
678             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
679             {
680                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
681
682                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
683
684                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
685                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
686                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
687
688                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
689                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
690
691                 if (    b == BOUND_EXACT
692                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
693                 {
694                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
695                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
696                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
697
698                     return value;
699                 }
700
701                 if (PvNode)
702                 {
703                     if (b == BOUND_LOWER)
704                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
705                     else
706                         maxValue = value;
707                 }
708             }
709         }
710     }
711
712     // Step 6. Static evaluation of the position
713     if (inCheck)
714     {
715         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
716         improving = false;
717         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
718     }
719     else if (ttHit)
720     {
721         // Never assume anything on values stored in TT
722         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
723         if (eval == VALUE_NONE)
724             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
725
726         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
727         if (    ttValue != VALUE_NONE
728             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
729             eval = ttValue;
730     }
731     else
732     {
733         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
734         {
735             int p = (ss-1)->statScore;
736             int bonus = p > 0 ? (-p - 2500) / 512 :
737                         p < 0 ? (-p + 2500) / 512 : 0;
738
739             pureStaticEval = evaluate(pos);
740             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
741         }
742         else
743             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
744
745         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
746     }
747
748     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
749     if (   depth < 2 * ONE_PLY
750         && eval <= alpha - RazorMargin)
751         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
752
753     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
754                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
755
756     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
757     if (   !rootNode
758         &&  depth < 7 * ONE_PLY
759         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
760         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
761         return eval;
762
763     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
764     if (   !PvNode
765         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
766         && (ss-1)->statScore < 23200
767         &&  eval >= beta
768         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
769         && !excludedMove
770         &&  pos.non_pawn_material(us)
771         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
772     {
773         assert(eval - beta >= 0);
774
775         // Null move dynamic reduction based on depth and value
776         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
777
778         ss->currentMove = MOVE_NULL;
779         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
780
781         pos.do_null_move(st);
782
783         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
784
785         pos.undo_null_move();
786
787         if (nullValue >= beta)
788         {
789             // Do not return unproven mate scores
790             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
791                 nullValue = beta;
792
793             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
794                 return nullValue;
795
796             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
797
798             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
799             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
800             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
801             thisThread->nmpColor = us;
802
803             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
804
805             thisThread->nmpMinPly = 0;
806
807             if (v >= beta)
808                 return nullValue;
809         }
810     }
811
812     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
813     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
814     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
815     if (   !PvNode
816         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
817         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
818     {
819         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
820         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
821         int probCutCount = 0;
822
823         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
824                && probCutCount < 3)
825             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
826             {
827                 probCutCount++;
828
829                 ss->currentMove = move;
830                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
831
832                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
833
834                 pos.do_move(move, st);
835
836                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
837                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
838
839                 // If the qsearch held perform the regular search
840                 if (value >= rbeta)
841                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
842
843                 pos.undo_move(move);
844
845                 if (value >= rbeta)
846                     return value;
847             }
848     }
849
850     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
851     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
852         && !ttMove)
853     {
854         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
855
856         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
857         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
858         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
859     }
860
861 moves_loop: // When in check, search starts from here
862
863     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
864     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
865
866     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
867                                       &thisThread->captureHistory,
868                                       contHist,
869                                       countermove,
870                                       ss->killers);
871     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
872
873     skipQuiets = false;
874     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
875     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
876
877     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
878     // or a beta cutoff occurs.
879     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
880     {
881       assert(is_ok(move));
882
883       if (move == excludedMove)
884           continue;
885
886       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
887       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
888       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
889       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
890       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
891                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
892           continue;
893
894       ss->moveCount = ++moveCount;
895
896       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
897           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
898                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
899                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
900       if (PvNode)
901           (ss+1)->pv = nullptr;
902
903       extension = DEPTH_ZERO;
904       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
905       movedPiece = pos.moved_piece(move);
906       givesCheck = gives_check(pos, move);
907
908       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
909                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
910
911       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
912
913       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
914       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
915       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
916       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
917       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
918       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
919           &&  move == ttMove
920           && !rootNode
921           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
922           &&  ttValue != VALUE_NONE
923           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
924           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
925           &&  pos.legal(move))
926       {
927           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
928           ss->excludedMove = move;
929           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
930           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
931
932           if (value < rBeta)
933               extension = ONE_PLY;
934       }
935       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
936                &&  pos.see_ge(move))
937           extension = ONE_PLY;
938
939       // Calculate new depth for this move
940       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
941
942       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
943       if (  !rootNode
944           && pos.non_pawn_material(us)
945           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
946       {
947           if (   !captureOrPromotion
948               && !givesCheck
949               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
950           {
951               // Move count based pruning (~30 Elo)
952               if (moveCountPruning)
953               {
954                   skipQuiets = true;
955                   continue;
956               }
957
958               // Reduced depth of the next LMR search
959               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
960
961               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
962               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0)
963                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
964                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
965                   continue;
966
967               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
968               if (   lmrDepth < 7
969                   && !inCheck
970                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
971                   continue;
972
973               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
974               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
975                   continue;
976           }
977           else if (   !extension // (~20 Elo)
978                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
979                   continue;
980       }
981
982       // Speculative prefetch as early as possible
983       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
984
985       // Check for legality just before making the move
986       if (!rootNode && !pos.legal(move))
987       {
988           ss->moveCount = --moveCount;
989           continue;
990       }
991
992       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
993       ss->currentMove = move;
994       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
995
996       // Step 15. Make the move
997       pos.do_move(move, st, givesCheck);
998
999       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1000       // re-searched at full depth.
1001       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1002           &&  moveCount > 1
1003           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1004       {
1005           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1006
1007           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1008           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1009               r -= ONE_PLY;
1010
1011           if (!captureOrPromotion)
1012           {
1013               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1014               if (pvExact)
1015                   r -= ONE_PLY;
1016
1017               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1018               if (ttCapture)
1019                   r += ONE_PLY;
1020
1021               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1022               if (cutNode)
1023                   r += 2 * ONE_PLY;
1024
1025               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1026               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1027               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1028               else if (    type_of(move) == NORMAL
1029                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1030                   r -= 2 * ONE_PLY;
1031
1032               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1033                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1034                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1035                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1036                              - 4000;
1037
1038               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1039               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1040                   r -= ONE_PLY;
1041
1042               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1043                   r += ONE_PLY;
1044
1045               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1046               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1047           }
1048
1049           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1050
1051           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1052
1053           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1054       }
1055       else
1056           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1057
1058       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1059       if (doFullDepthSearch)
1060           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1061
1062       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1063       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1064       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1065       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1066       {
1067           (ss+1)->pv = pv;
1068           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1069
1070           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1071       }
1072
1073       // Step 18. Undo move
1074       pos.undo_move(move);
1075
1076       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1077
1078       // Step 19. Check for a new best move
1079       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1080       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1081       // updating best move, PV and TT.
1082       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1083           return VALUE_ZERO;
1084
1085       if (rootNode)
1086       {
1087           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1088                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1089
1090           // PV move or new best move?
1091           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1092           {
1093               rm.score = value;
1094               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1095               rm.pv.resize(1);
1096
1097               assert((ss+1)->pv);
1098
1099               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1100                   rm.pv.push_back(*m);
1101
1102               // We record how often the best move has been changed in each
1103               // iteration. This information is used for time management: When
1104               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1105               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1106                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1107           }
1108           else
1109               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1110               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1111               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1112               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1113       }
1114
1115       if (value > bestValue)
1116       {
1117           bestValue = value;
1118
1119           if (value > alpha)
1120           {
1121               bestMove = move;
1122
1123               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1124                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1125
1126               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1127                   alpha = value;
1128               else
1129               {
1130                   assert(value >= beta); // Fail high
1131                   ss->statScore = 0;
1132                   break;
1133               }
1134           }
1135       }
1136
1137       if (move != bestMove)
1138       {
1139           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1140               capturesSearched[captureCount++] = move;
1141
1142           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1143               quietsSearched[quietCount++] = move;
1144       }
1145     }
1146
1147     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1148     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1149     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1150     /*
1151        if (Threads.stop)
1152         return VALUE_DRAW;
1153     */
1154
1155     // Step 20. Check for mate and stalemate
1156     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1157     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1158     // return a fail low score.
1159
1160     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1161
1162     if (!moveCount)
1163         bestValue = excludedMove ? alpha
1164                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1165     else if (bestMove)
1166     {
1167         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1168         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1169             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1170                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1171
1172         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1173
1174         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1175         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1176             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1177     }
1178     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1179     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1180              && !pos.captured_piece()
1181              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1182         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1183
1184     if (PvNode)
1185         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1186
1187     if (!excludedMove)
1188         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1189                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1190                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1191                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1192
1193     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1194
1195     return bestValue;
1196   }
1197
1198
1199   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1200   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1201   template <NodeType NT>
1202   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1203
1204     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1205
1206     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1207     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1208     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1209     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1210
1211     Move pv[MAX_PLY+1];
1212     StateInfo st;
1213     TTEntry* tte;
1214     Key posKey;
1215     Move ttMove, move, bestMove;
1216     Depth ttDepth;
1217     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1218     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1219     int moveCount;
1220
1221     if (PvNode)
1222     {
1223         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1224         (ss+1)->pv = pv;
1225         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1226     }
1227
1228     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1229     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1230     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1231     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1232     inCheck = pos.checkers();
1233     moveCount = 0;
1234
1235     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1236     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1237         || ss->ply >= MAX_PLY)
1238         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1239
1240     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1241
1242     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1243     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1244     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1245     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1246                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1247     // Transposition table lookup
1248     posKey = pos.key();
1249     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1250     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1251     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1252
1253     if (  !PvNode
1254         && ttHit
1255         && tte->depth() >= ttDepth
1256         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1257         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1258                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1259         return ttValue;
1260
1261     // Evaluate the position statically
1262     if (inCheck)
1263     {
1264         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1265         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1266     }
1267     else
1268     {
1269         if (ttHit)
1270         {
1271             // Never assume anything on values stored in TT
1272             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1273                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1274
1275             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1276             if (    ttValue != VALUE_NONE
1277                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1278                 bestValue = ttValue;
1279         }
1280         else
1281             ss->staticEval = bestValue =
1282             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1283                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1284
1285         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1286         if (bestValue >= beta)
1287         {
1288             if (!ttHit)
1289                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1290                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1291
1292             return bestValue;
1293         }
1294
1295         if (PvNode && bestValue > alpha)
1296             alpha = bestValue;
1297
1298         futilityBase = bestValue + 128;
1299     }
1300
1301     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1302
1303     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1304     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1305     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1306     // be generated.
1307     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1308                                       &thisThread->captureHistory,
1309                                       contHist,
1310                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1311
1312     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1313     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1314     {
1315       assert(is_ok(move));
1316
1317       givesCheck = gives_check(pos, move);
1318
1319       moveCount++;
1320
1321       // Futility pruning
1322       if (   !inCheck
1323           && !givesCheck
1324           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1325           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1326       {
1327           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1328
1329           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1330
1331           if (futilityValue <= alpha)
1332           {
1333               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1334               continue;
1335           }
1336
1337           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1338           {
1339               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1340               continue;
1341           }
1342       }
1343
1344       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1345       evasionPrunable =    inCheck
1346                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1347                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1348                        && !pos.capture(move);
1349
1350       // Don't search moves with negative SEE values
1351       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1352           && !pos.see_ge(move))
1353           continue;
1354
1355       // Speculative prefetch as early as possible
1356       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1357
1358       // Check for legality just before making the move
1359       if (!pos.legal(move))
1360       {
1361           moveCount--;
1362           continue;
1363       }
1364
1365       ss->currentMove = move;
1366       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1367
1368       // Make and search the move
1369       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1370       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1371       pos.undo_move(move);
1372
1373       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1374
1375       // Check for a new best move
1376       if (value > bestValue)
1377       {
1378           bestValue = value;
1379
1380           if (value > alpha)
1381           {
1382               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1383                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1384
1385               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1386               {
1387                   alpha = value;
1388                   bestMove = move;
1389               }
1390               else // Fail high
1391               {
1392                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1393                             ttDepth, move, ss->staticEval);
1394
1395                   return value;
1396               }
1397           }
1398        }
1399     }
1400
1401     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1402     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1403     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1404         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1405
1406     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1407               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1408               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1409
1410     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1411
1412     return bestValue;
1413   }
1414
1415
1416   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1417   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1418   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1419
1420   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1421
1422     assert(v != VALUE_NONE);
1423
1424     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1425           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1426   }
1427
1428
1429   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1430   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1431   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1432
1433   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1434
1435     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1436           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1437           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1438   }
1439
1440
1441   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1442
1443   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1444
1445     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1446         *pv++ = *childPv++;
1447     *pv = MOVE_NONE;
1448   }
1449
1450
1451   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1452   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1453
1454   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1455
1456     for (int i : {1, 2, 4})
1457         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1458             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1459   }
1460
1461
1462   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1463
1464   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1465                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1466
1467       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1468       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1469       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1470
1471       if (pos.capture_or_promotion(move))
1472           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1473
1474       // Decrease all the other played capture moves
1475       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1476       {
1477           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1478           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1479           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1480       }
1481   }
1482
1483
1484   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1485
1486   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1487                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1488
1489     if (ss->killers[0] != move)
1490     {
1491         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1492         ss->killers[0] = move;
1493     }
1494
1495     Color us = pos.side_to_move();
1496     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1497     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1498     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1499
1500     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1501     {
1502         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1503         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1504     }
1505
1506     // Decrease all the other played quiet moves
1507     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1508     {
1509         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1510         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1511     }
1512   }
1513
1514   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1515   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1516
1517   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1518
1519     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1520     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1521
1522     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1523     Value topScore = rootMoves[0].score;
1524     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1525     int weakness = 120 - 2 * level;
1526     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1527
1528     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1529     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1530     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1531     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1532     {
1533         // This is our magic formula
1534         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1535                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1536
1537         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1538         {
1539             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1540             best = rootMoves[i].pv[0];
1541         }
1542     }
1543
1544     return best;
1545   }
1546
1547 } // namespace
1548
1549 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1550 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1551
1552 void MainThread::check_time() {
1553
1554   if (--callsCnt > 0)
1555       return;
1556
1557   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1558   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1559
1560   static TimePoint lastInfoTime = now();
1561
1562   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1563   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1564
1565   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1566   {
1567       lastInfoTime = tick;
1568       dbg_print();
1569   }
1570
1571   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1572   if (Threads.ponder)
1573       return;
1574
1575   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1576       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1577       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1578       Threads.stop = true;
1579 }
1580
1581
1582 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1583 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1584
1585 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1586
1587   std::stringstream ss;
1588   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1589   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1590   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1591   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1592   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1593   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1594
1595   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1596   {
1597       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1598
1599       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1600           continue;
1601
1602       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1603       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1604
1605       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1606       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1607
1608       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1609           ss << "\n";
1610
1611       ss << "info"
1612          << " depth "    << d / ONE_PLY
1613          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1614          << " multipv "  << i + 1
1615          << " score "    << UCI::value(v);
1616
1617       if (!tb && i == pvIdx)
1618           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1619
1620       ss << " nodes "    << nodesSearched
1621          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1622
1623       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1624           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1625
1626       ss << " tbhits "   << tbHits
1627          << " time "     << elapsed
1628          << " pv";
1629
1630       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1631           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1632   }
1633
1634   return ss.str();
1635 }
1636
1637
1638 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1639 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1640 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1641 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1642
1643 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1644
1645     StateInfo st;
1646     bool ttHit;
1647
1648     assert(pv.size() == 1);
1649
1650     if (!pv[0])
1651         return false;
1652
1653     pos.do_move(pv[0], st);
1654     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1655
1656     if (ttHit)
1657     {
1658         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1659         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1660             pv.push_back(m);
1661     }
1662
1663     pos.undo_move(pv[0]);
1664     return pv.size() > 1;
1665 }
1666
1667 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1668
1669     RootInTB = false;
1670     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1671     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1672     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1673     bool dtz_available = true;
1674
1675     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1676     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1677     if (Cardinality > MaxCardinality)
1678     {
1679         Cardinality = MaxCardinality;
1680         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1681     }
1682
1683     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1684     {
1685         // Rank moves using DTZ tables
1686         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1687
1688         if (!RootInTB)
1689         {
1690             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1691             dtz_available = false;
1692             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1693         }
1694     }
1695
1696     if (RootInTB)
1697     {
1698         // Sort moves according to TB rank
1699         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1700                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1701
1702         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1703         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1704             Cardinality = 0;
1705     }
1706     else
1707     {
1708         // Assign the same rank to all moves
1709         for (auto& m : rootMoves)
1710             m.tbRank = 0;
1711     }
1712 }