Don't filter root moves if MultiPV mode is enabled
[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
153   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
154   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
155   template<bool Root>
156   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158     StateInfo st;
159     uint64_t cnt, nodes = 0;
160     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
161
162     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
163     {
164         if (Root && depth <= ONE_PLY)
165             cnt = 1, nodes++;
166         else
167         {
168             pos.do_move(m, st);
169             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
170             nodes += cnt;
171             pos.undo_move(m);
172         }
173         if (Root)
174             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
175     }
176     return nodes;
177   }
178
179 } // namespace
180
181
182 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
183
184 void Search::init() {
185
186   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
187       for (int d = 1; d < 64; ++d)
188           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
189           {
190               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
191
192               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
193               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
194
195               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
196               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
197                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
198           }
199
200   for (int d = 0; d < 16; ++d)
201   {
202       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
203       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
204   }
205 }
206
207
208 /// Search::clear() resets search state to its initial value
209
210 void Search::clear() {
211
212   Threads.main()->wait_for_search_finished();
213
214   Time.availableNodes = 0;
215   TT.clear();
216
217   for (Thread* th : Threads)
218       th->clear();
219
220   Threads.main()->callsCnt = 0;
221   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
222 }
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   if (Limits.perft)
231   {
232       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
233       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
234       return;
235   }
236
237   Color us = rootPos.side_to_move();
238   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
239   TT.new_search();
240
241   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
242   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
243   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
244
245   if (rootMoves.empty())
246   {
247       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
248       sync_cout << "info depth 0 score "
249                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
250                 << sync_endl;
251   }
252   else
253   {
254       for (Thread* th : Threads)
255           if (th != this)
256               th->start_searching();
257
258       Thread::search(); // Let's start searching!
259   }
260
261   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
262   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
263   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
264   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
265   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
266   Threads.stopOnPonderhit = true;
267
268   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
269   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
270
271   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
272   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
273   Threads.stop = true;
274
275   // Wait until all threads have finished
276   for (Thread* th : Threads)
277       if (th != this)
278           th->wait_for_search_finished();
279
280   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
281   // the available ones before exiting.
282   if (Limits.npmsec)
283       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
284
285   // Check if there are threads with a better score than main thread
286   Thread* bestThread = this;
287   if (   !this->easyMovePlayed
288       &&  Options["MultiPV"] == 1
289       && !Limits.depth
290       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
291       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
292   {
293       for (Thread* th : Threads)
294       {
295           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
296           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
297
298           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
299           if (    scoreDiff > 0
300               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
301               bestThread = th;
302       }
303   }
304
305   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
306
307   // Send new PV when needed
308   if (bestThread != this)
309       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
310
311   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
312
313   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
314       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
315
316   std::cout << sync_endl;
317 }
318
319
320 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
321 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
322 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
323
324 void Thread::search() {
325
326   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
327   Value bestValue, alpha, beta, delta;
328   Move easyMove = MOVE_NONE;
329   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
330
331   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
332   for (int i = 4; i > 0; i--)
333      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
334
335   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
336   beta = VALUE_INFINITE;
337
338   if (mainThread)
339   {
340       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
341       EasyMove.clear();
342       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
343       mainThread->bestMoveChanges = 0;
344   }
345
346   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
347   Skill skill(Options["Skill Level"]);
348
349   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
350   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
351   if (skill.enabled())
352       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
353
354   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
355
356   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
357   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
358          && !Threads.stop
359          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
360   {
361       // Distribute search depths across the threads
362       if (idx)
363       {
364           int i = (idx - 1) % 20;
365           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
366               continue;
367       }
368
369       // Age out PV variability metric
370       if (mainThread)
371           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
372
373       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
374       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
375       for (RootMove& rm : rootMoves)
376           rm.previousScore = rm.score;
377
378       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
379       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
380       {
381           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
382           selDepth = 0;
383
384           // Reset aspiration window starting size
385           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
386           {
387               delta = Value(18);
388               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
389               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
390           }
391
392           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
393           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
394           // high/low anymore.
395           while (true)
396           {
397               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
398
399               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
400               // is done with a stable algorithm because all the values but the
401               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
402               // and we want to keep the same order for all the moves except the
403               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
404               // search the already searched PV lines are preserved.
405               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
406
407               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
408               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
409               // valid, although it refers to the previous iteration.
410               if (Threads.stop)
411                   break;
412
413               // When failing high/low give some update (without cluttering
414               // the UI) before a re-search.
415               if (   mainThread
416                   && multiPV == 1
417                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
418                   && Time.elapsed() > 3000)
419                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
420
421               // In case of failing low/high increase aspiration window and
422               // re-search, otherwise exit the loop.
423               if (bestValue <= alpha)
424               {
425                   beta = (alpha + beta) / 2;
426                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
427
428                   if (mainThread)
429                   {
430                       mainThread->failedLow = true;
431                       Threads.stopOnPonderhit = false;
432                   }
433               }
434               else if (bestValue >= beta)
435                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
436               else
437                   break;
438
439               delta += delta / 4 + 5;
440
441               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
442           }
443
444           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
445           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
446
447           if (    mainThread
448               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
449               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
450       }
451
452       if (!Threads.stop)
453           completedDepth = rootDepth;
454
455       // Have we found a "mate in x"?
456       if (   Limits.mate
457           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
458           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
459           Threads.stop = true;
460
461       if (!mainThread)
462           continue;
463
464       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
465       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
466           skill.pick_best(multiPV);
467
468       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
469       if (Limits.use_time_management())
470       {
471           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
472           {
473               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
474               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
475               // from the previous search and just did a fast verification.
476               const int F[] = { mainThread->failedLow,
477                                 bestValue - mainThread->previousScore };
478
479               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
480               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
481
482               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
483                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
484                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
485
486               if (   rootMoves.size() == 1
487                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
488                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
489               {
490                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
491                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
492                   if (Threads.ponder)
493                       Threads.stopOnPonderhit = true;
494                   else
495                       Threads.stop = true;
496               }
497           }
498
499           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
500               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
501           else
502               EasyMove.clear();
503       }
504   }
505
506   if (!mainThread)
507       return;
508
509   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
510   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
511   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
512       EasyMove.clear();
513
514   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
515   if (skill.enabled())
516       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
517                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
518 }
519
520
521 namespace {
522
523   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
524
525   template <NodeType NT>
526   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
527
528     const bool PvNode = NT == PV;
529     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
530
531     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
532     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
533     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
534     assert(!(PvNode && cutNode));
535     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
536
537     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
538     StateInfo st;
539     TTEntry* tte;
540     Key posKey;
541     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
542     Depth extension, newDepth;
543     Value bestValue, value, ttValue, eval;
544     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
545     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
546     Piece movedPiece;
547     int moveCount, quietCount;
548
549     // Step 1. Initialize node
550     Thread* thisThread = pos.this_thread();
551     inCheck = pos.checkers();
552     moveCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
553     ss->statScore = 0;
554     bestValue = -VALUE_INFINITE;
555
556     // Check for the available remaining time
557     if (thisThread == Threads.main())
558         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
559
560     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
561     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
562         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
563
564     if (!rootNode)
565     {
566         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
567         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
568             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
569                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
570
571         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
572         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
573         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
574         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
575         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
576         // mate. In this case return a fail-high score.
577         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
578         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
579         if (alpha >= beta)
580             return alpha;
581     }
582
583     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
584
585     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
586     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
587     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
588     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
589     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
590
591     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
592     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
593     // position key in case of an excluded move.
594     excludedMove = ss->excludedMove;
595     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
596     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
597     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
598     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
599             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
600
601     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
602     if (  !PvNode
603         && ttHit
604         && tte->depth() >= depth
605         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
606         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
607                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
608     {
609         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
610         if (ttMove)
611         {
612             if (ttValue >= beta)
613             {
614                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
615                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
616
617                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
618                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
619                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
620             }
621             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
622             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
623             {
624                 int penalty = -stat_bonus(depth);
625                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
626                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
627             }
628         }
629         return ttValue;
630     }
631
632     // Step 4a. Tablebase probe
633     if (!rootNode && TB::Cardinality)
634     {
635         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
636
637         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
638             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
639             &&  pos.rule50_count() == 0
640             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
641         {
642             TB::ProbeState err;
643             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
644
645             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
646             {
647                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
648
649                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
650
651                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
652                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
653                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
654
655                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
656                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
657                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
658
659                 return value;
660             }
661         }
662     }
663
664     // Step 5. Evaluate the position statically
665     if (inCheck)
666     {
667         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
668         goto moves_loop;
669     }
670
671     else if (ttHit)
672     {
673         // Never assume anything on values stored in TT
674         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
675             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
676
677         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
678         if (   ttValue != VALUE_NONE
679             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
680             eval = ttValue;
681     }
682     else
683     {
684         eval = ss->staticEval =
685         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
686                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
687
688         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
689                   ss->staticEval, TT.generation());
690     }
691
692     if (skipEarlyPruning)
693         goto moves_loop;
694
695     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
696     if (   !PvNode
697         &&  depth < 4 * ONE_PLY
698         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
699     {
700         if (depth <= ONE_PLY)
701             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
702
703         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
704         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
705         if (v <= ralpha)
706             return v;
707     }
708
709     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
710     if (   !rootNode
711         &&  depth < 7 * ONE_PLY
712         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
713         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
714         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
715         return eval;
716
717     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
718     if (   !PvNode
719         &&  eval >= beta
720         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
721         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
722     {
723
724         assert(eval - beta >= 0);
725
726         // Null move dynamic reduction based on depth and value
727         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
728
729         ss->currentMove = MOVE_NULL;
730         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
731
732         pos.do_null_move(st);
733         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
734                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
735         pos.undo_null_move();
736
737         if (nullValue >= beta)
738         {
739             // Do not return unproven mate scores
740             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
741                 nullValue = beta;
742
743             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
744                 return nullValue;
745
746             // Do verification search at high depths
747             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
748                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
749
750             if (v >= beta)
751                 return nullValue;
752         }
753     }
754
755     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
756     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
757     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
758     if (   !PvNode
759         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
760         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
761     {
762         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
763
764         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
765
766         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
767
768         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
769             if (pos.legal(move))
770             {
771                 ss->currentMove = move;
772                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
773
774                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
775                 pos.do_move(move, st);
776                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
777                 pos.undo_move(move);
778                 if (value >= rbeta)
779                     return value;
780             }
781     }
782
783     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
784     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
785         && !ttMove
786         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
787     {
788         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
789         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
790
791         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
792         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
793     }
794
795 moves_loop: // When in check search starts from here
796
797     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
798     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
799
800     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, contHist, countermove, ss->killers);
801     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
802     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
803             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
804                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
805
806     singularExtensionNode =   !rootNode
807                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
808                            &&  ttMove != MOVE_NONE
809                            &&  ttValue != VALUE_NONE
810                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
811                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
812                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
813     skipQuiets = false;
814     ttCapture = false;
815     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
816
817     // Step 11. Loop through moves
818     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
819     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
820     {
821       assert(is_ok(move));
822
823       if (move == excludedMove)
824           continue;
825
826       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
827       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
828       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
829       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
830                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
831           continue;
832
833       ss->moveCount = ++moveCount;
834
835       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
836           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
837                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
838                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
839
840       if (PvNode)
841           (ss+1)->pv = nullptr;
842
843       extension = DEPTH_ZERO;
844       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
845       movedPiece = pos.moved_piece(move);
846
847       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
848                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
849                   : pos.gives_check(move);
850
851       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
852                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
853
854       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
855
856       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
857       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
858       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
859       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
860       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
861       if (    singularExtensionNode
862           &&  move == ttMove
863           &&  pos.legal(move))
864       {
865           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
866           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
867           ss->excludedMove = move;
868           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
869           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
870
871           if (value < rBeta)
872               extension = ONE_PLY;
873       }
874       else if (    givesCheck
875                && !moveCountPruning
876                &&  pos.see_ge(move))
877           extension = ONE_PLY;
878
879       // Calculate new depth for this move
880       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
881
882       // Step 13. Pruning at shallow depth
883       if (  !rootNode
884           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
885           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
886       {
887           if (   !captureOrPromotion
888               && !givesCheck
889               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
890           {
891               // Move count based pruning
892               if (moveCountPruning)
893               {
894                   skipQuiets = true;
895                   continue;
896               }
897
898               // Reduced depth of the next LMR search
899               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
900
901               // Countermoves based pruning
902               if (   lmrDepth < 3
903                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
904                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
905                   continue;
906
907               // Futility pruning: parent node
908               if (   lmrDepth < 7
909                   && !inCheck
910                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
911                   continue;
912
913               // Prune moves with negative SEE
914               if (   lmrDepth < 8
915                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
916                   continue;
917           }
918           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
919                    && !extension
920                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
921                   continue;
922       }
923
924       // Speculative prefetch as early as possible
925       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
926
927       // Check for legality just before making the move
928       if (!rootNode && !pos.legal(move))
929       {
930           ss->moveCount = --moveCount;
931           continue;
932       }
933
934       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
935           ttCapture = true;
936
937       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
938       ss->currentMove = move;
939       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
940
941       // Step 14. Make the move
942       pos.do_move(move, st, givesCheck);
943
944       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
945       // re-searched at full depth.
946       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
947           &&  moveCount > 1
948           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
949       {
950           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
951
952           if (captureOrPromotion)
953               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
954           else
955           {
956               // Decrease reduction if opponent's move count is high
957               if ((ss-1)->moveCount > 15)
958                   r -= ONE_PLY;
959
960               // Decrease reduction for exact PV nodes
961               if (pvExact)
962                   r -= ONE_PLY;
963
964               // Increase reduction if ttMove is a capture
965               if (ttCapture)
966                   r += ONE_PLY;
967
968               // Increase reduction for cut nodes
969               if (cutNode)
970                   r += 2 * ONE_PLY;
971
972               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
973               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
974               // hence break make_move().
975               else if (    type_of(move) == NORMAL
976                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
977                   r -= 2 * ONE_PLY;
978
979               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
980                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
981                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
982                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
983                              - 4000;
984
985               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
986               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
987                   r -= ONE_PLY;
988
989               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
990                   r += ONE_PLY;
991
992               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
993               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
994           }
995
996           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
997
998           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
999
1000           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1001       }
1002       else
1003           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1004
1005       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1006       if (doFullDepthSearch)
1007           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1008                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1009                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1010                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1011
1012       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1013       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1014       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1015       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1016       {
1017           (ss+1)->pv = pv;
1018           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1019
1020           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1021                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1022                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1023                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1024       }
1025
1026       // Step 17. Undo move
1027       pos.undo_move(move);
1028
1029       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1030
1031       // Step 18. Check for a new best move
1032       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1033       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1034       // updating best move, PV and TT.
1035       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1036           return VALUE_ZERO;
1037
1038       if (rootNode)
1039       {
1040           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1041                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1042
1043           // PV move or new best move ?
1044           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1045           {
1046               rm.score = value;
1047               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1048               rm.pv.resize(1);
1049
1050               assert((ss+1)->pv);
1051
1052               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1053                   rm.pv.push_back(*m);
1054
1055               // We record how often the best move has been changed in each
1056               // iteration. This information is used for time management: When
1057               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1058               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1059                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1060           }
1061           else
1062               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1063               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1064               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1065               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1066       }
1067
1068       if (value > bestValue)
1069       {
1070           bestValue = value;
1071
1072           if (value > alpha)
1073           {
1074               bestMove = move;
1075
1076               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1077                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1078
1079               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1080                   alpha = value;
1081               else
1082               {
1083                   assert(value >= beta); // Fail high
1084                   break;
1085               }
1086           }
1087       }
1088
1089       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1090           quietsSearched[quietCount++] = move;
1091     }
1092
1093     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1094     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1095     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1096     /*
1097        if (Threads.stop)
1098         return VALUE_DRAW;
1099     */
1100
1101     // Step 20. Check for mate and stalemate
1102     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1103     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1104     // return a fail low score.
1105
1106     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1107
1108     if (!moveCount)
1109         bestValue = excludedMove ? alpha
1110                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1111     else if (bestMove)
1112     {
1113         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1114         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1115             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1116
1117         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1118         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1119             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1120     }
1121     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1122     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1123              && !pos.captured_piece()
1124              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1125         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1126
1127     if (!excludedMove)
1128         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1129                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1130                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1131                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1132
1133     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1134
1135     return bestValue;
1136   }
1137
1138
1139   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1140   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1141
1142   template <NodeType NT, bool InCheck>
1143   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1144
1145     const bool PvNode = NT == PV;
1146
1147     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1148     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1149     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1150     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1151     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1152
1153     Move pv[MAX_PLY+1];
1154     StateInfo st;
1155     TTEntry* tte;
1156     Key posKey;
1157     Move ttMove, move, bestMove;
1158     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1159     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1160     Depth ttDepth;
1161     int moveCount;
1162
1163     if (PvNode)
1164     {
1165         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1166         (ss+1)->pv = pv;
1167         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1168     }
1169
1170     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1171     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1172     moveCount = 0;
1173
1174     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1175     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1176         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1177                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1178
1179     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1180
1181     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1182     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1183     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1184     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1185                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1186     // Transposition table lookup
1187     posKey = pos.key();
1188     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1189     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1190     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1191
1192     if (  !PvNode
1193         && ttHit
1194         && tte->depth() >= ttDepth
1195         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1196         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1197                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1198         return ttValue;
1199
1200     // Evaluate the position statically
1201     if (InCheck)
1202     {
1203         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1204         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1205     }
1206     else
1207     {
1208         if (ttHit)
1209         {
1210             // Never assume anything on values stored in TT
1211             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1212                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1213
1214             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1215             if (   ttValue != VALUE_NONE
1216                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1217                 bestValue = ttValue;
1218         }
1219         else
1220             ss->staticEval = bestValue =
1221             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1222                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1223
1224         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1225         if (bestValue >= beta)
1226         {
1227             if (!ttHit)
1228                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1229                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1230
1231             return bestValue;
1232         }
1233
1234         if (PvNode && bestValue > alpha)
1235             alpha = bestValue;
1236
1237         futilityBase = bestValue + 128;
1238     }
1239
1240     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1241     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1242     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1243     // be generated.
1244     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1245
1246     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1247     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1248     {
1249       assert(is_ok(move));
1250
1251       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1252                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1253                   : pos.gives_check(move);
1254
1255       moveCount++;
1256
1257       // Futility pruning
1258       if (   !InCheck
1259           && !givesCheck
1260           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1261           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1262       {
1263           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1264
1265           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1266
1267           if (futilityValue <= alpha)
1268           {
1269               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1270               continue;
1271           }
1272
1273           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1274           {
1275               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1276               continue;
1277           }
1278       }
1279
1280       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1281       evasionPrunable =    InCheck
1282                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1283                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1284                        && !pos.capture(move);
1285
1286       // Don't search moves with negative SEE values
1287       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1288           &&  type_of(move) != PROMOTION
1289           &&  !pos.see_ge(move))
1290           continue;
1291
1292       // Speculative prefetch as early as possible
1293       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1294
1295       // Check for legality just before making the move
1296       if (!pos.legal(move))
1297       {
1298           moveCount--;
1299           continue;
1300       }
1301
1302       ss->currentMove = move;
1303
1304       // Make and search the move
1305       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1306       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1307                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1308       pos.undo_move(move);
1309
1310       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1311
1312       // Check for a new best move
1313       if (value > bestValue)
1314       {
1315           bestValue = value;
1316
1317           if (value > alpha)
1318           {
1319               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1320                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1321
1322               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1323               {
1324                   alpha = value;
1325                   bestMove = move;
1326               }
1327               else // Fail high
1328               {
1329                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1330                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1331
1332                   return value;
1333               }
1334           }
1335        }
1336     }
1337
1338     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1339     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1340     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1341         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1342
1343     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1344               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1345               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1346
1347     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1348
1349     return bestValue;
1350   }
1351
1352
1353   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1354   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1355   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1356
1357   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1358
1359     assert(v != VALUE_NONE);
1360
1361     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1362           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1363   }
1364
1365
1366   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1367   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1368   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1369
1370   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1371
1372     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1373           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1374           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1375   }
1376
1377
1378   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1379
1380   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1381
1382     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1383         *pv++ = *childPv++;
1384     *pv = MOVE_NONE;
1385   }
1386
1387
1388   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1389   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1390
1391   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1392
1393     for (int i : {1, 2, 4})
1394         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1395             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1396   }
1397
1398
1399   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1400
1401   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1402                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1403
1404     if (ss->killers[0] != move)
1405     {
1406         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1407         ss->killers[0] = move;
1408     }
1409
1410     Color c = pos.side_to_move();
1411     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1412     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1413     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1414
1415     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1416     {
1417         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1418         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1419     }
1420
1421     // Decrease all the other played quiet moves
1422     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1423     {
1424         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1425         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1426     }
1427   }
1428
1429
1430   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1431   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1432
1433   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1434
1435     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1436     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1437
1438     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1439     Value topScore = rootMoves[0].score;
1440     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1441     int weakness = 120 - 2 * level;
1442     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1443
1444     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1445     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1446     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1447     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1448     {
1449         // This is our magic formula
1450         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1451                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1452
1453         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1454         {
1455             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1456             best = rootMoves[i].pv[0];
1457         }
1458     }
1459
1460     return best;
1461   }
1462
1463 } // namespace
1464
1465   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1466   // when we are out of available time and thus stop the search.
1467
1468   void MainThread::check_time() {
1469
1470     if (--callsCnt > 0)
1471         return;
1472
1473     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1474     // otherwise use a default value.
1475     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1476
1477     static TimePoint lastInfoTime = now();
1478
1479     int elapsed = Time.elapsed();
1480     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1481
1482     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1483     {
1484         lastInfoTime = tick;
1485         dbg_print();
1486     }
1487
1488     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1489     if (Threads.ponder)
1490         return;
1491
1492     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1493         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1494         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1495             Threads.stop = true;
1496   }
1497
1498
1499 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1500 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1501
1502 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1503
1504   std::stringstream ss;
1505   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1506   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1507   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1508   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1509   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1510   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1511
1512   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1513   {
1514       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1515
1516       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1517           continue;
1518
1519       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1520       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1521
1522       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1523       v = tb ? TB::Score : v;
1524
1525       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1526           ss << "\n";
1527
1528       ss << "info"
1529          << " depth "    << d / ONE_PLY
1530          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1531          << " multipv "  << i + 1
1532          << " score "    << UCI::value(v);
1533
1534       if (!tb && i == PVIdx)
1535           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1536
1537       ss << " nodes "    << nodesSearched
1538          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1539
1540       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1541           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1542
1543       ss << " tbhits "   << tbHits
1544          << " time "     << elapsed
1545          << " pv";
1546
1547       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1548           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1549   }
1550
1551   return ss.str();
1552 }
1553
1554
1555 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1556 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1557 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1558 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1559
1560 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1561
1562     StateInfo st;
1563     bool ttHit;
1564
1565     assert(pv.size() == 1);
1566
1567     if (!pv[0])
1568         return false;
1569
1570     pos.do_move(pv[0], st);
1571     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1572
1573     if (ttHit)
1574     {
1575         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1576         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1577             pv.push_back(m);
1578     }
1579
1580     pos.undo_move(pv[0]);
1581     return pv.size() > 1;
1582 }
1583
1584 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1585
1586     RootInTB = false;
1587     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1588     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1589     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1590
1591     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1592     if (Options["MultiPV"] != 1)
1593         return;
1594
1595     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1596     if (Cardinality > MaxCardinality)
1597     {
1598         Cardinality = MaxCardinality;
1599         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1600     }
1601
1602     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1603         return;
1604
1605     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1606     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1607     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1608
1609     if (RootInTB)
1610         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1611
1612     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1613     {
1614         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1615         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1616
1617         // Only probe during search if winning
1618         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1619             Cardinality = 0;
1620     }
1621
1622     if (RootInTB && !UseRule50)
1623         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1624                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1625                                             :  VALUE_DRAW;
1626 }