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