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