6ef74bea5e1a5c7b92951a89961117b37fd60763
[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) 2015-2017 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 "timeman.h"
35 #include "thread.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   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
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 : d * d + 2 * d - 2;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
100   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
101   struct EasyMoveManager {
102
103     void clear() {
104       stableCnt = 0;
105       expectedPosKey = 0;
106       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
107     }
108
109     Move get(Key key) const {
110       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
111     }
112
113     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
114
115       assert(newPv.size() >= 3);
116
117       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
118       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
119
120       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
121       {
122           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
123
124           StateInfo st[2];
125           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
126           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
127           expectedPosKey = pos.key();
128           pos.undo_move(newPv[1]);
129           pos.undo_move(newPv[0]);
130       }
131     }
132
133     Key expectedPosKey;
134     int stableCnt;
135     Move pv[3];
136   };
137
138   EasyMoveManager EasyMove;
139   Value DrawValue[COLOR_NB];
140
141   template <NodeType NT>
142   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
143
144   template <NodeType NT, bool InCheck>
145   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
146
147   Value value_to_tt(Value v, int ply);
148   Value value_from_tt(Value v, int ply);
149   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
150   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
151   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
152   bool pv_is_draw(Position& pos);
153
154   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
155   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
156   template<bool Root>
157   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159     StateInfo st;
160     uint64_t cnt, nodes = 0;
161     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
162
163     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
164     {
165         if (Root && depth <= ONE_PLY)
166             cnt = 1, nodes++;
167         else
168         {
169             pos.do_move(m, st);
170             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
171             nodes += cnt;
172             pos.undo_move(m);
173         }
174         if (Root)
175             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
176     }
177     return nodes;
178   }
179
180 } // namespace
181
182
183 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
184
185 void Search::init() {
186
187   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
188       for (int d = 1; d < 64; ++d)
189           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
190           {
191               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
192
193               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
194               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
195
196               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
197               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
198                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
199           }
200
201   for (int d = 0; d < 16; ++d)
202   {
203       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
204       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
205   }
206 }
207
208
209 /// Search::clear() resets search state to its initial value
210
211 void Search::clear() {
212
213   Threads.main()->wait_for_search_finished();
214
215   Time.availableNodes = 0;
216   TT.clear();
217
218   for (Thread* th : Threads)
219       th->clear();
220
221   Threads.main()->callsCnt = 0;
222   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
223 }
224
225
226 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
227 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
228
229 void MainThread::search() {
230
231   if (Limits.perft)
232   {
233       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
234       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
235       return;
236   }
237
238   Color us = rootPos.side_to_move();
239   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
240   TT.new_search();
241
242   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
243   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
244   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
245
246   if (rootMoves.empty())
247   {
248       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
249       sync_cout << "info depth 0 score "
250                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
251                 << sync_endl;
252   }
253   else
254   {
255       for (Thread* th : Threads)
256           if (th != this)
257               th->start_searching();
258
259       Thread::search(); // Let's start searching!
260   }
261
262   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
263   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
264   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
265   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
266   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
267   Threads.stopOnPonderhit = true;
268
269   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
270   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
271
272   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
273   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
274   Threads.stop = true;
275
276   // Wait until all threads have finished
277   for (Thread* th : Threads)
278       if (th != this)
279           th->wait_for_search_finished();
280
281   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
282   // the available ones before exiting.
283   if (Limits.npmsec)
284       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
285
286   // Check if there are threads with a better score than main thread
287   Thread* bestThread = this;
288   if (   !this->easyMovePlayed
289       &&  Options["MultiPV"] == 1
290       && !Limits.depth
291       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
292       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
293   {
294       for (Thread* th : Threads)
295       {
296           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
297           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
298
299           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
300           if (    scoreDiff > 0
301               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
302               bestThread = th;
303       }
304   }
305
306   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
307
308   // Send new PV when needed
309   if (bestThread != this)
310       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
311
312   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
313
314   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
315       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
316
317   std::cout << sync_endl;
318 }
319
320
321 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
322 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
323 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
324
325 void Thread::search() {
326
327   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
328   Value bestValue, alpha, beta, delta;
329   Move easyMove = MOVE_NONE;
330   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
331
332   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
333   for (int i = 4; i > 0; i--)
334      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
335
336   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
337   beta = VALUE_INFINITE;
338
339   if (mainThread)
340   {
341       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
342       EasyMove.clear();
343       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
344       mainThread->bestMoveChanges = 0;
345   }
346
347   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
348   Skill skill(Options["Skill Level"]);
349
350   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
351   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
352   if (skill.enabled())
353       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
354
355   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
356
357   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
358   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
359          && !Threads.stop
360          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
361   {
362       // Distribute search depths across the threads
363       if (idx)
364       {
365           int i = (idx - 1) % 20;
366           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
367               continue;
368       }
369
370       // Age out PV variability metric
371       if (mainThread)
372           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
373
374       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
375       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
376       for (RootMove& rm : rootMoves)
377           rm.previousScore = rm.score;
378
379       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
380       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
381       {
382           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
383           selDepth = 0;
384
385           // Reset aspiration window starting size
386           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
387           {
388               delta = Value(18);
389               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
390               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
391           }
392
393           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
394           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
395           // high/low anymore.
396           while (true)
397           {
398               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
399
400               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
401               // is done with a stable algorithm because all the values but the
402               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
403               // and we want to keep the same order for all the moves except the
404               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
405               // search the already searched PV lines are preserved.
406               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
407
408               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
409               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
410               // valid, although it refers to the previous iteration.
411               if (Threads.stop)
412                   break;
413
414               // When failing high/low give some update (without cluttering
415               // the UI) before a re-search.
416               if (   mainThread
417                   && multiPV == 1
418                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
419                   && Time.elapsed() > 3000)
420                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
421
422               // In case of failing low/high increase aspiration window and
423               // re-search, otherwise exit the loop.
424               if (bestValue <= alpha)
425               {
426                   beta = (alpha + beta) / 2;
427                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
428
429                   if (mainThread)
430                   {
431                       mainThread->failedLow = true;
432                       Threads.stopOnPonderhit = false;
433                   }
434               }
435               else if (bestValue >= beta)
436                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
437               else
438                   break;
439
440               delta += delta / 4 + 5;
441
442               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
443           }
444
445           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
446           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
447
448           if (    mainThread
449               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
450               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
451       }
452
453       if (!Threads.stop)
454           completedDepth = rootDepth;
455
456       // Have we found a "mate in x"?
457       if (   Limits.mate
458           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
459           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
460           Threads.stop = true;
461
462       if (!mainThread)
463           continue;
464
465       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
466       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
467           skill.pick_best(multiPV);
468
469       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
470       if (Limits.use_time_management())
471       {
472           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
473           {
474               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
475               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
476               // from the previous search and just did a fast verification.
477               const int F[] = { mainThread->failedLow,
478                                 bestValue - mainThread->previousScore };
479               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
480
481               Color us = rootPos.side_to_move();
482               bool thinkHard =    DrawValue[us] == bestValue
483                                && Limits.time[us] - Time.elapsed() > Limits.time[~us]
484                                && ::pv_is_draw(rootPos);
485
486               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges + thinkHard;
487
488               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
489                                && !thinkHard
490                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
491                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
492
493               if (   rootMoves.size() == 1
494                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
495                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
496               {
497                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
498                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
499                   if (Threads.ponder)
500                       Threads.stopOnPonderhit = true;
501                   else
502                       Threads.stop = true;
503               }
504           }
505
506           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
507               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
508           else
509               EasyMove.clear();
510       }
511   }
512
513   if (!mainThread)
514       return;
515
516   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
517   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
518   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
519       EasyMove.clear();
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, bool skipEarlyPruning) {
534
535     const bool PvNode = NT == PV;
536     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
537
538     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
539     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
540     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
541     assert(!(PvNode && cutNode));
542     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
543
544     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
545     StateInfo st;
546     TTEntry* tte;
547     Key posKey;
548     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
549     Depth extension, newDepth;
550     Value bestValue, value, ttValue, eval;
551     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
552     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
553     Piece movedPiece;
554     int moveCount, quietCount;
555
556     // Step 1. Initialize node
557     Thread* thisThread = pos.this_thread();
558     inCheck = pos.checkers();
559     moveCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
560     ss->statScore = 0;
561     bestValue = -VALUE_INFINITE;
562
563     // Check for the available remaining time
564     if (thisThread == Threads.main())
565         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
566
567     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
568     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
569         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
570
571     if (!rootNode)
572     {
573         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
574         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
575             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
576                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
577
578         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
579         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
580         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
581         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
582         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
583         // mate. In this case return a fail-high score.
584         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
585         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
586         if (alpha >= beta)
587             return alpha;
588     }
589
590     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
591
592     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
593     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
594     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
595     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
596     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
597
598     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
599     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
600     // position key in case of an excluded move.
601     excludedMove = ss->excludedMove;
602     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
603     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
604     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
605     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
606             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
607
608     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
609     if (  !PvNode
610         && ttHit
611         && tte->depth() >= depth
612         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
613         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
614                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
615     {
616         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
617         if (ttMove)
618         {
619             if (ttValue >= beta)
620             {
621                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
622                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
623
624                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
625                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
626                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
627             }
628             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
629             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
630             {
631                 int penalty = -stat_bonus(depth);
632                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
633                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
634             }
635         }
636         return ttValue;
637     }
638
639     // Step 4a. Tablebase probe
640     if (!rootNode && TB::Cardinality)
641     {
642         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
643
644         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
645             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
646             &&  pos.rule50_count() == 0
647             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
648         {
649             TB::ProbeState err;
650             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
651
652             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
653             {
654                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
655
656                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
657
658                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
659                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
660                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
661
662                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
663                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
664                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
665
666                 return value;
667             }
668         }
669     }
670
671     // Step 5. Evaluate the position statically
672     if (inCheck)
673     {
674         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
675         goto moves_loop;
676     }
677
678     else if (ttHit)
679     {
680         // Never assume anything on values stored in TT
681         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
682             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
683
684         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
685         if (   ttValue != VALUE_NONE
686             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
687             eval = ttValue;
688     }
689     else
690     {
691         eval = ss->staticEval =
692         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
693                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
694
695         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
696                   ss->staticEval, TT.generation());
697     }
698
699     if (skipEarlyPruning)
700         goto moves_loop;
701
702     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
703     if (   !PvNode
704         &&  depth < 4 * ONE_PLY
705         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
706     {
707         if (depth <= ONE_PLY)
708             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
709
710         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
711         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
712         if (v <= ralpha)
713             return v;
714     }
715
716     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
717     if (   !rootNode
718         &&  depth < 7 * ONE_PLY
719         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
720         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
721         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
722         return eval;
723
724     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
725     if (   !PvNode
726         &&  eval >= beta
727         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
728         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
729     {
730
731         assert(eval - beta >= 0);
732
733         // Null move dynamic reduction based on depth and value
734         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
735
736         ss->currentMove = MOVE_NULL;
737         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
738
739         pos.do_null_move(st);
740         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
741                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
742         pos.undo_null_move();
743
744         if (nullValue >= beta)
745         {
746             // Do not return unproven mate scores
747             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
748                 nullValue = beta;
749
750             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
751                 return nullValue;
752
753             // Do verification search at high depths
754             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
755                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
756
757             if (v >= beta)
758                 return nullValue;
759         }
760     }
761
762     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
763     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
764     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
765     if (   !PvNode
766         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
767         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
768     {
769         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
770
771         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
772
773         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
774
775         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
776             if (pos.legal(move))
777             {
778                 ss->currentMove = move;
779                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
780
781                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
782                 pos.do_move(move, st);
783                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
784                 pos.undo_move(move);
785                 if (value >= rbeta)
786                     return value;
787             }
788     }
789
790     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
791     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
792         && !ttMove
793         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
794     {
795         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
796         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
797
798         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
799         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
800     }
801
802 moves_loop: // When in check search starts from here
803
804     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
805     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
806
807     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, contHist, countermove, ss->killers);
808     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
809     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
810             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
811                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
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 11. Loop through moves
825     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain 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
847       if (PvNode)
848           (ss+1)->pv = nullptr;
849
850       extension = DEPTH_ZERO;
851       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
852       movedPiece = pos.moved_piece(move);
853
854       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
855                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
856                   : pos.gives_check(move);
857
858       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
859                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
860
861       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
862
863       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
864       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
865       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
866       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
867       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
868       if (    singularExtensionNode
869           &&  move == ttMove
870           &&  pos.legal(move))
871       {
872           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
873           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
874           ss->excludedMove = move;
875           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
876           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
877
878           if (value < rBeta)
879               extension = ONE_PLY;
880       }
881       else if (    givesCheck
882                && !moveCountPruning
883                &&  pos.see_ge(move))
884           extension = ONE_PLY;
885
886       // Calculate new depth for this move
887       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
888
889       // Step 13. Pruning at shallow depth
890       if (  !rootNode
891           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
892           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
893       {
894           if (   !captureOrPromotion
895               && !givesCheck
896               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
897           {
898               // Move count based pruning
899               if (moveCountPruning)
900               {
901                   skipQuiets = true;
902                   continue;
903               }
904
905               // Reduced depth of the next LMR search
906               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
907
908               // Countermoves based pruning
909               if (   lmrDepth < 3
910                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
911                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
912                   continue;
913
914               // Futility pruning: parent node
915               if (   lmrDepth < 7
916                   && !inCheck
917                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
918                   continue;
919
920               // Prune moves with negative SEE
921               if (   lmrDepth < 8
922                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
923                   continue;
924           }
925           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
926                    && !extension
927                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
928                   continue;
929       }
930
931       // Speculative prefetch as early as possible
932       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
933
934       // Check for legality just before making the move
935       if (!rootNode && !pos.legal(move))
936       {
937           ss->moveCount = --moveCount;
938           continue;
939       }
940
941       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
942           ttCapture = true;
943
944       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
945       ss->currentMove = move;
946       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
947
948       // Step 14. Make the move
949       pos.do_move(move, st, givesCheck);
950
951       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
952       // re-searched at full depth.
953       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
954           &&  moveCount > 1
955           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
956       {
957           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
958
959           if (captureOrPromotion)
960               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
961           else
962           {
963               // Decrease reduction if opponent's move count is high
964               if ((ss-1)->moveCount > 15)
965                   r -= ONE_PLY;
966
967               // Decrease reduction for exact PV nodes
968               if (pvExact)
969                   r -= ONE_PLY;
970
971               // Increase reduction if ttMove is a capture
972               if (ttCapture)
973                   r += ONE_PLY;
974
975               // Increase reduction for cut nodes
976               if (cutNode)
977                   r += 2 * ONE_PLY;
978
979               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
980               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
981               // hence break make_move().
982               else if (    type_of(move) == NORMAL
983                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
984                   r -= 2 * ONE_PLY;
985
986               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
987                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
988                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
989                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
990                              - 4000;
991
992               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
993               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
994                   r -= ONE_PLY;
995
996               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
997                   r += ONE_PLY;
998
999               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1000               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1001           }
1002
1003           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1004
1005           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1006
1007           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1008       }
1009       else
1010           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1011
1012       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1013       if (doFullDepthSearch)
1014           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1015                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1016                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1017                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1018
1019       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1020       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1021       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1022       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1023       {
1024           (ss+1)->pv = pv;
1025           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1026
1027           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1028                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1029                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1030                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1031       }
1032
1033       // Step 17. Undo move
1034       pos.undo_move(move);
1035
1036       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1037
1038       // Step 18. Check for a new best move
1039       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1040       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1041       // updating best move, PV and TT.
1042       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1043           return VALUE_ZERO;
1044
1045       if (rootNode)
1046       {
1047           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1048                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1049
1050           // PV move or new best move ?
1051           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1052           {
1053               rm.score = value;
1054               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1055               rm.pv.resize(1);
1056
1057               assert((ss+1)->pv);
1058
1059               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1060                   rm.pv.push_back(*m);
1061
1062               // We record how often the best move has been changed in each
1063               // iteration. This information is used for time management: When
1064               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1065               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1066                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1067           }
1068           else
1069               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1070               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1071               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1072               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1073       }
1074
1075       if (value > bestValue)
1076       {
1077           bestValue = value;
1078
1079           if (value > alpha)
1080           {
1081               bestMove = move;
1082
1083               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1084                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1085
1086               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1087                   alpha = value;
1088               else
1089               {
1090                   assert(value >= beta); // Fail high
1091                   break;
1092               }
1093           }
1094       }
1095
1096       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1097           quietsSearched[quietCount++] = move;
1098     }
1099
1100     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1101     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1102     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1103     /*
1104        if (Threads.stop)
1105         return VALUE_DRAW;
1106     */
1107
1108     // Step 20. Check for mate and stalemate
1109     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1110     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1111     // return a fail low score.
1112
1113     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1114
1115     if (!moveCount)
1116         bestValue = excludedMove ? alpha
1117                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1118     else if (bestMove)
1119     {
1120         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1121         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1122             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1123
1124         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1125         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1126             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1127     }
1128     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1129     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1130              && !pos.captured_piece()
1131              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1132         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
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
1149   template <NodeType NT, bool InCheck>
1150   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1151
1152     const bool PvNode = NT == PV;
1153
1154     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1155     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1156     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1157     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1158     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1159
1160     Move pv[MAX_PLY+1];
1161     StateInfo st;
1162     TTEntry* tte;
1163     Key posKey;
1164     Move ttMove, move, bestMove;
1165     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1166     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1167     Depth ttDepth;
1168     int moveCount;
1169
1170     if (PvNode)
1171     {
1172         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1173         (ss+1)->pv = pv;
1174         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1175     }
1176
1177     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1178     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1179     moveCount = 0;
1180
1181     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1182     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1183         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1184                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1185
1186     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1187
1188     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1189     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1190     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1191     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1192                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1193     // Transposition table lookup
1194     posKey = pos.key();
1195     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1196     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1197     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1198
1199     if (  !PvNode
1200         && ttHit
1201         && tte->depth() >= ttDepth
1202         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1203         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1204                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1205         return ttValue;
1206
1207     // Evaluate the position statically
1208     if (InCheck)
1209     {
1210         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1211         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1212     }
1213     else
1214     {
1215         if (ttHit)
1216         {
1217             // Never assume anything on values stored in TT
1218             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1219                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1220
1221             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1222             if (   ttValue != VALUE_NONE
1223                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1224                 bestValue = ttValue;
1225         }
1226         else
1227             ss->staticEval = bestValue =
1228             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1229                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1230
1231         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1232         if (bestValue >= beta)
1233         {
1234             if (!ttHit)
1235                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1236                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1237
1238             return bestValue;
1239         }
1240
1241         if (PvNode && bestValue > alpha)
1242             alpha = bestValue;
1243
1244         futilityBase = bestValue + 128;
1245     }
1246
1247     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1248     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1249     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1250     // be generated.
1251     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1252
1253     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1254     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1255     {
1256       assert(is_ok(move));
1257
1258       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1259                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1260                   : pos.gives_check(move);
1261
1262       moveCount++;
1263
1264       // Futility pruning
1265       if (   !InCheck
1266           && !givesCheck
1267           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1268           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1269       {
1270           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1271
1272           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1273
1274           if (futilityValue <= alpha)
1275           {
1276               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1277               continue;
1278           }
1279
1280           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1281           {
1282               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1283               continue;
1284           }
1285       }
1286
1287       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1288       evasionPrunable =    InCheck
1289                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1290                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1291                        && !pos.capture(move);
1292
1293       // Don't search moves with negative SEE values
1294       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1295           &&  type_of(move) != PROMOTION
1296           &&  !pos.see_ge(move))
1297           continue;
1298
1299       // Speculative prefetch as early as possible
1300       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1301
1302       // Check for legality just before making the move
1303       if (!pos.legal(move))
1304       {
1305           moveCount--;
1306           continue;
1307       }
1308
1309       ss->currentMove = move;
1310
1311       // Make and search the move
1312       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1313       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1314                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1315       pos.undo_move(move);
1316
1317       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1318
1319       // Check for a new best move
1320       if (value > bestValue)
1321       {
1322           bestValue = value;
1323
1324           if (value > alpha)
1325           {
1326               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1327                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1328
1329               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1330               {
1331                   alpha = value;
1332                   bestMove = move;
1333               }
1334               else // Fail high
1335               {
1336                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1337                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1338
1339                   return value;
1340               }
1341           }
1342        }
1343     }
1344
1345     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1346     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1347     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1348         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1349
1350     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1351               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1352               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1353
1354     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1355
1356     return bestValue;
1357   }
1358
1359
1360   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1361   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1362   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1363
1364   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1365
1366     assert(v != VALUE_NONE);
1367
1368     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1369           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1370   }
1371
1372
1373   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1374   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1375   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1376
1377   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1378
1379     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1380           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1381           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1382   }
1383
1384
1385   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1386
1387   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1388
1389     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1390         *pv++ = *childPv++;
1391     *pv = MOVE_NONE;
1392   }
1393
1394
1395   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1396   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1397
1398   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1399
1400     for (int i : {1, 2, 4})
1401         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1402             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1403   }
1404
1405
1406   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1407
1408   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1409                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1410
1411     if (ss->killers[0] != move)
1412     {
1413         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1414         ss->killers[0] = move;
1415     }
1416
1417     Color c = pos.side_to_move();
1418     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1419     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1420     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1421
1422     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1423     {
1424         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1425         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1426     }
1427
1428     // Decrease all the other played quiet moves
1429     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1430     {
1431         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1432         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1433     }
1434   }
1435
1436
1437   // Is the PV leading to a draw position? Assumes all pv moves are legal
1438   bool pv_is_draw(Position& pos) {
1439
1440     StateInfo st[MAX_PLY];
1441     auto& pv = pos.this_thread()->rootMoves[0].pv;
1442
1443     for (size_t i = 0; i < pv.size(); ++i)
1444         pos.do_move(pv[i], st[i]);
1445
1446     bool isDraw = pos.is_draw(pv.size());
1447
1448     for (size_t i = pv.size(); i > 0; --i)
1449         pos.undo_move(pv[i-1]);
1450
1451     return isDraw;
1452   }
1453
1454
1455   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1456   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1457
1458   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1459
1460     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1461     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1462
1463     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1464     Value topScore = rootMoves[0].score;
1465     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1466     int weakness = 120 - 2 * level;
1467     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1468
1469     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1470     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1471     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1472     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1473     {
1474         // This is our magic formula
1475         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1476                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1477
1478         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1479         {
1480             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1481             best = rootMoves[i].pv[0];
1482         }
1483     }
1484
1485     return best;
1486   }
1487
1488 } // namespace
1489
1490   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1491   // when we are out of available time and thus stop the search.
1492
1493   void MainThread::check_time() {
1494
1495     if (--callsCnt > 0)
1496         return;
1497
1498     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1499     // otherwise use a default value.
1500     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1501
1502     static TimePoint lastInfoTime = now();
1503
1504     int elapsed = Time.elapsed();
1505     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1506
1507     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1508     {
1509         lastInfoTime = tick;
1510         dbg_print();
1511     }
1512
1513     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1514     if (Threads.ponder)
1515         return;
1516
1517     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1518         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1519         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1520             Threads.stop = true;
1521   }
1522
1523
1524 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1525 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1526
1527 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1528
1529   std::stringstream ss;
1530   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1531   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1532   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1533   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1534   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1535   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1536
1537   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1538   {
1539       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1540
1541       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1542           continue;
1543
1544       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1545       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1546
1547       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1548       v = tb ? TB::Score : v;
1549
1550       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1551           ss << "\n";
1552
1553       ss << "info"
1554          << " depth "    << d / ONE_PLY
1555          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1556          << " multipv "  << i + 1
1557          << " score "    << UCI::value(v);
1558
1559       if (!tb && i == PVIdx)
1560           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1561
1562       ss << " nodes "    << nodesSearched
1563          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1564
1565       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1566           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1567
1568       ss << " tbhits "   << tbHits
1569          << " time "     << elapsed
1570          << " pv";
1571
1572       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1573           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1574   }
1575
1576   return ss.str();
1577 }
1578
1579
1580 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1581 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1582 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1583 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1584
1585 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1586
1587     StateInfo st;
1588     bool ttHit;
1589
1590     assert(pv.size() == 1);
1591
1592     if (!pv[0])
1593         return false;
1594
1595     pos.do_move(pv[0], st);
1596     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1597
1598     if (ttHit)
1599     {
1600         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1601         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1602             pv.push_back(m);
1603     }
1604
1605     pos.undo_move(pv[0]);
1606     return pv.size() > 1;
1607 }
1608
1609 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1610
1611     RootInTB = false;
1612     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1613     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1614     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1615
1616     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1617     if (Options["MultiPV"] != 1)
1618         return;
1619
1620     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1621     if (Cardinality > MaxCardinality)
1622     {
1623         Cardinality = MaxCardinality;
1624         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1625     }
1626
1627     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1628         return;
1629
1630     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1631     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1632     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1633
1634     if (RootInTB)
1635         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1636
1637     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1638     {
1639         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1640         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1641
1642         // Only probe during search if winning
1643         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1644             Cardinality = 0;
1645     }
1646
1647     if (RootInTB && !UseRule50)
1648         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1649                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1650                                             :  VALUE_DRAW;
1651 }