7945170484d20181dee1bdbfe3b559bb079b58ad
[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   Value DrawValue[COLOR_NB];
100
101   template <NodeType NT>
102   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
103
104   template <NodeType NT, bool InCheck>
105   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
106
107   Value value_to_tt(Value v, int ply);
108   Value value_from_tt(Value v, int ply);
109   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
110   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
111   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
112   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
113   bool pv_is_draw(Position& pos);
114
115   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
116   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
117   template<bool Root>
118   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
119
120     StateInfo st;
121     uint64_t cnt, nodes = 0;
122     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
123
124     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
125     {
126         if (Root && depth <= ONE_PLY)
127             cnt = 1, nodes++;
128         else
129         {
130             pos.do_move(m, st);
131             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
132             nodes += cnt;
133             pos.undo_move(m);
134         }
135         if (Root)
136             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
137     }
138     return nodes;
139   }
140
141 } // namespace
142
143
144 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
145
146 void Search::init() {
147
148   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
149       for (int d = 1; d < 64; ++d)
150           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
151           {
152               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
153
154               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
155               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
156
157               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
158               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
159                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
160           }
161
162   for (int d = 0; d < 16; ++d)
163   {
164       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
165       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
166   }
167 }
168
169
170 /// Search::clear() resets search state to its initial value
171
172 void Search::clear() {
173
174   Threads.main()->wait_for_search_finished();
175
176   Time.availableNodes = 0;
177   TT.clear();
178
179   for (Thread* th : Threads)
180       th->clear();
181
182   Threads.main()->callsCnt = 0;
183   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
184   Threads.main()->previousTimeReduction = 1;
185 }
186
187
188 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
189 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
190
191 void MainThread::search() {
192
193   if (Limits.perft)
194   {
195       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
196       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
197       return;
198   }
199
200   Color us = rootPos.side_to_move();
201   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
202   TT.new_search();
203
204   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
205   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
206   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
207
208   if (rootMoves.empty())
209   {
210       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
211       sync_cout << "info depth 0 score "
212                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
213                 << sync_endl;
214   }
215   else
216   {
217       for (Thread* th : Threads)
218           if (th != this)
219               th->start_searching();
220
221       Thread::search(); // Let's start searching!
222   }
223
224   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
225   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
226   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
227   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
228   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
229   Threads.stopOnPonderhit = true;
230
231   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
232   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
233
234   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
235   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
236   Threads.stop = true;
237
238   // Wait until all threads have finished
239   for (Thread* th : Threads)
240       if (th != this)
241           th->wait_for_search_finished();
242
243   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
244   // the available ones before exiting.
245   if (Limits.npmsec)
246       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
247
248   // Check if there are threads with a better score than main thread
249   Thread* bestThread = this;
250   if (    Options["MultiPV"] == 1
251       && !Limits.depth
252       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
253       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
254   {
255       for (Thread* th : Threads)
256       {
257           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
258           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
259
260           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
261           if (    scoreDiff > 0
262               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
263               bestThread = th;
264       }
265   }
266
267   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
268
269   // Send new PV when needed
270   if (bestThread != this)
271       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
272
273   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
274
275   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
276       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
277
278   std::cout << sync_endl;
279 }
280
281
282 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
283 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
284 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
285
286 void Thread::search() {
287
288   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
289   Value bestValue, alpha, beta, delta;
290   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
291   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
292   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
293   double timeReduction = 1.0;
294
295   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
296   for (int i = 4; i > 0; i--)
297      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
298
299   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
300   beta = VALUE_INFINITE;
301
302   if (mainThread)
303   {
304       mainThread->failedLow = false;
305       mainThread->bestMoveChanges = 0;
306   }
307
308   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
309   Skill skill(Options["Skill Level"]);
310
311   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
312   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
313   if (skill.enabled())
314       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
315
316   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
317
318   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
319   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
320          && !Threads.stop
321          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
322   {
323       // Distribute search depths across the threads
324       if (idx)
325       {
326           int i = (idx - 1) % 20;
327           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
328               continue;
329       }
330
331       // Age out PV variability metric
332       if (mainThread)
333           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
334
335       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
336       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
337       for (RootMove& rm : rootMoves)
338           rm.previousScore = rm.score;
339
340       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
341       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
342       {
343           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
344           selDepth = 0;
345
346           // Reset aspiration window starting size
347           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
348           {
349               delta = Value(18);
350               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
351               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
352           }
353
354           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
355           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
356           // high/low anymore.
357           while (true)
358           {
359               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
360
361               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
362               // is done with a stable algorithm because all the values but the
363               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
364               // and we want to keep the same order for all the moves except the
365               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
366               // search the already searched PV lines are preserved.
367               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
368
369               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
370               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
371               // valid, although it refers to the previous iteration.
372               if (Threads.stop)
373                   break;
374
375               // When failing high/low give some update (without cluttering
376               // the UI) before a re-search.
377               if (   mainThread
378                   && multiPV == 1
379                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
380                   && Time.elapsed() > 3000)
381                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
382
383               // In case of failing low/high increase aspiration window and
384               // re-search, otherwise exit the loop.
385               if (bestValue <= alpha)
386               {
387                   beta = (alpha + beta) / 2;
388                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
389
390                   if (mainThread)
391                   {
392                       mainThread->failedLow = true;
393                       Threads.stopOnPonderhit = false;
394                   }
395               }
396               else if (bestValue >= beta)
397                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
398               else
399                   break;
400
401               delta += delta / 4 + 5;
402
403               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
404           }
405
406           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
407           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
408
409           if (    mainThread
410               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
411               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
412       }
413
414       if (!Threads.stop)
415           completedDepth = rootDepth;
416
417       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
418          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
419          lastBestMoveDepth = rootDepth;
420       }
421
422       // Have we found a "mate in x"?
423       if (   Limits.mate
424           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
425           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
426           Threads.stop = true;
427
428       if (!mainThread)
429           continue;
430
431       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
432       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
433           skill.pick_best(multiPV);
434
435       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
436       if (Limits.use_time_management())
437       {
438           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
439           {
440               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
441               // of the available time has been used
442               const int F[] = { mainThread->failedLow,
443                                 bestValue - mainThread->previousScore };
444               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
445
446               Color us = rootPos.side_to_move();
447               bool thinkHard =    DrawValue[us] == bestValue
448                                && Limits.time[us] - Time.elapsed() > Limits.time[~us]
449                                && ::pv_is_draw(rootPos);
450
451               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges + thinkHard;
452
453               // if the bestMove is stable over several iterations, reduce time for this move,
454               // the longer the move has been stable, the more.
455               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move.
456               timeReduction = 1;
457               for (int i : {3, 4, 5})
458                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth && !thinkHard)
459                      timeReduction *= 1.3;
460               unstablePvFactor *=  std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.51) / timeReduction;
461
462               if (   rootMoves.size() == 1
463                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628)
464               {
465                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
466                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
467                   if (Threads.ponder)
468                       Threads.stopOnPonderhit = true;
469                   else
470                       Threads.stop = true;
471               }
472           }
473       }
474   }
475
476   if (!mainThread)
477       return;
478
479   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
480
481   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
482   if (skill.enabled())
483       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
484                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
485 }
486
487
488 namespace {
489
490   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
491
492   template <NodeType NT>
493   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
494
495     const bool PvNode = NT == PV;
496     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
497
498     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
499     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
500     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
501     assert(!(PvNode && cutNode));
502     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
503
504     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
505     StateInfo st;
506     TTEntry* tte;
507     Key posKey;
508     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
509     Depth extension, newDepth;
510     Value bestValue, value, ttValue, eval;
511     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
512     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
513     Piece movedPiece;
514     int moveCount, captureCount, quietCount;
515
516     // Step 1. Initialize node
517     Thread* thisThread = pos.this_thread();
518     inCheck = pos.checkers();
519     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
520     ss->statScore = 0;
521     bestValue = -VALUE_INFINITE;
522
523     // Check for the available remaining time
524     if (thisThread == Threads.main())
525         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
526
527     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
528     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
529         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
530
531     if (!rootNode)
532     {
533         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
534         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
535             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
536                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
537
538         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
539         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
540         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
541         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
542         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
543         // mate. In this case return a fail-high score.
544         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
545         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
546         if (alpha >= beta)
547             return alpha;
548     }
549
550     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
551
552     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
553     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
554     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
555     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
556     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
557
558     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
559     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
560     // position key in case of an excluded move.
561     excludedMove = ss->excludedMove;
562     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
563     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
564     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
565     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
566             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
567
568     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
569     if (  !PvNode
570         && ttHit
571         && tte->depth() >= depth
572         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
573         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
574                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
575     {
576         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
577         if (ttMove)
578         {
579             if (ttValue >= beta)
580             {
581                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
582                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
583                 else
584                     update_capture_stats(pos, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
585
586                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
587                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
588                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
589             }
590             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
591             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
592             {
593                 int penalty = -stat_bonus(depth);
594                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
595                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
596             }
597         }
598         return ttValue;
599     }
600
601     // Step 4a. Tablebase probe
602     if (!rootNode && TB::Cardinality)
603     {
604         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
605
606         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
607             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
608             &&  pos.rule50_count() == 0
609             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
610         {
611             TB::ProbeState err;
612             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
613
614             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
615             {
616                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
617
618                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
619
620                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
621                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
622                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
623
624                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
625                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
626                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
627
628                 return value;
629             }
630         }
631     }
632
633     // Step 5. Evaluate the position statically
634     if (inCheck)
635     {
636         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
637         goto moves_loop;
638     }
639
640     else if (ttHit)
641     {
642         // Never assume anything on values stored in TT
643         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
644             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
645
646         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
647         if (   ttValue != VALUE_NONE
648             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
649             eval = ttValue;
650     }
651     else
652     {
653         eval = ss->staticEval =
654         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
655                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
656
657         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
658                   ss->staticEval, TT.generation());
659     }
660
661     if (skipEarlyPruning)
662         goto moves_loop;
663
664     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
665     if (   !PvNode
666         &&  depth < 4 * ONE_PLY
667         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
668     {
669         if (depth <= ONE_PLY)
670             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
671
672         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
673         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
674         if (v <= ralpha)
675             return v;
676     }
677
678     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
679     if (   !rootNode
680         &&  depth < 7 * ONE_PLY
681         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
682         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
683         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
684         return eval;
685
686     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
687     if (   !PvNode
688         &&  eval >= beta
689         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
690         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
691     {
692
693         assert(eval - beta >= 0);
694
695         // Null move dynamic reduction based on depth and value
696         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
697
698         ss->currentMove = MOVE_NULL;
699         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
700
701         pos.do_null_move(st);
702         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
703                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
704         pos.undo_null_move();
705
706         if (nullValue >= beta)
707         {
708             // Do not return unproven mate scores
709             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
710                 nullValue = beta;
711
712             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
713                 return nullValue;
714
715             // Do verification search at high depths
716             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
717                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
718
719             if (v >= beta)
720                 return nullValue;
721         }
722     }
723
724     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
725     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
726     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
727     if (   !PvNode
728         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
729         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
730     {
731         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
732
733         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
734
735         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
736
737         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
738             if (pos.legal(move))
739             {
740                 ss->currentMove = move;
741                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
742
743                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
744                 pos.do_move(move, st);
745                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
746                 pos.undo_move(move);
747                 if (value >= rbeta)
748                     return value;
749             }
750     }
751
752     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
753     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
754         && !ttMove
755         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
756     {
757         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
758         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
759
760         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
761         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
762     }
763
764 moves_loop: // When in check search starts from here
765
766     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
767     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
768
769     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
770     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
771     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
772             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
773                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
774
775     singularExtensionNode =   !rootNode
776                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
777                            &&  ttMove != MOVE_NONE
778                            &&  ttValue != VALUE_NONE
779                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
780                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
781                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
782     skipQuiets = false;
783     ttCapture = false;
784     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
785
786     // Step 11. Loop through moves
787     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
788     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
789     {
790       assert(is_ok(move));
791
792       if (move == excludedMove)
793           continue;
794
795       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
796       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
797       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
798       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
799                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
800           continue;
801
802       ss->moveCount = ++moveCount;
803
804       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
805           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
806                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
807                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
808
809       if (PvNode)
810           (ss+1)->pv = nullptr;
811
812       extension = DEPTH_ZERO;
813       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
814       movedPiece = pos.moved_piece(move);
815
816       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
817                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
818                   : pos.gives_check(move);
819
820       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
821                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
822
823       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
824
825       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
826       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
827       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
828       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
829       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
830       if (    singularExtensionNode
831           &&  move == ttMove
832           &&  pos.legal(move))
833       {
834           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
835           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
836           ss->excludedMove = move;
837           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
838           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
839
840           if (value < rBeta)
841               extension = ONE_PLY;
842       }
843       else if (    givesCheck
844                && !moveCountPruning
845                &&  pos.see_ge(move))
846           extension = ONE_PLY;
847
848       // Calculate new depth for this move
849       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
850
851       // Step 13. Pruning at shallow depth
852       if (  !rootNode
853           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
854           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
855       {
856           if (   !captureOrPromotion
857               && !givesCheck
858               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
859           {
860               // Move count based pruning
861               if (moveCountPruning)
862               {
863                   skipQuiets = true;
864                   continue;
865               }
866
867               // Reduced depth of the next LMR search
868               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
869
870               // Countermoves based pruning
871               if (   lmrDepth < 3
872                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
873                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
874                   continue;
875
876               // Futility pruning: parent node
877               if (   lmrDepth < 7
878                   && !inCheck
879                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
880                   continue;
881
882               // Prune moves with negative SEE
883               if (   lmrDepth < 8
884                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
885                   continue;
886           }
887           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
888                    && !extension
889                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
890                   continue;
891       }
892
893       // Speculative prefetch as early as possible
894       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
895
896       // Check for legality just before making the move
897       if (!rootNode && !pos.legal(move))
898       {
899           ss->moveCount = --moveCount;
900           continue;
901       }
902
903       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
904           ttCapture = true;
905
906       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
907       ss->currentMove = move;
908       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
909
910       // Step 14. Make the move
911       pos.do_move(move, st, givesCheck);
912
913       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
914       // re-searched at full depth.
915       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
916           &&  moveCount > 1
917           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
918       {
919           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
920
921           if (captureOrPromotion)
922               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
923           else
924           {
925               // Decrease reduction if opponent's move count is high
926               if ((ss-1)->moveCount > 15)
927                   r -= ONE_PLY;
928
929               // Decrease reduction for exact PV nodes
930               if (pvExact)
931                   r -= ONE_PLY;
932
933               // Increase reduction if ttMove is a capture
934               if (ttCapture)
935                   r += ONE_PLY;
936
937               // Increase reduction for cut nodes
938               if (cutNode)
939                   r += 2 * ONE_PLY;
940
941               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
942               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
943               // hence break make_move().
944               else if (    type_of(move) == NORMAL
945                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
946                   r -= 2 * ONE_PLY;
947
948               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
949                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
950                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
951                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
952                              - 4000;
953
954               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
955               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
956                   r -= ONE_PLY;
957
958               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
959                   r += ONE_PLY;
960
961               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
962               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
963           }
964
965           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
966
967           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
968
969           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
970       }
971       else
972           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
973
974       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
975       if (doFullDepthSearch)
976           value = newDepth <   ONE_PLY ?
977                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
978                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
979                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
980
981       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
982       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
983       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
984       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
985       {
986           (ss+1)->pv = pv;
987           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
988
989           value = newDepth <   ONE_PLY ?
990                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
991                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
992                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
993       }
994
995       // Step 17. Undo move
996       pos.undo_move(move);
997
998       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
999
1000       // Step 18. Check for a new best move
1001       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1002       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1003       // updating best move, PV and TT.
1004       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1005           return VALUE_ZERO;
1006
1007       if (rootNode)
1008       {
1009           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1010                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1011
1012           // PV move or new best move ?
1013           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1014           {
1015               rm.score = value;
1016               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1017               rm.pv.resize(1);
1018
1019               assert((ss+1)->pv);
1020
1021               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1022                   rm.pv.push_back(*m);
1023
1024               // We record how often the best move has been changed in each
1025               // iteration. This information is used for time management: When
1026               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1027               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1028                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1029           }
1030           else
1031               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1032               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1033               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1034               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1035       }
1036
1037       if (value > bestValue)
1038       {
1039           bestValue = value;
1040
1041           if (value > alpha)
1042           {
1043               bestMove = move;
1044
1045               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1046                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1047
1048               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1049                   alpha = value;
1050               else
1051               {
1052                   assert(value >= beta); // Fail high
1053                   break;
1054               }
1055           }
1056       }
1057
1058       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1059           quietsSearched[quietCount++] = move;
1060       else if (captureOrPromotion && move != bestMove && captureCount < 32)
1061           capturesSearched[captureCount++] = move;
1062     }
1063
1064     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1065     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1066     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1067     /*
1068        if (Threads.stop)
1069         return VALUE_DRAW;
1070     */
1071
1072     // Step 20. Check for mate and stalemate
1073     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1074     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1075     // return a fail low score.
1076
1077     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1078
1079     if (!moveCount)
1080         bestValue = excludedMove ? alpha
1081                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1082     else if (bestMove)
1083     {
1084         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1085         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1086             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1087         else
1088             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1089
1090         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1091         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1092             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1093     }
1094     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1095     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1096              && !pos.captured_piece()
1097              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1098         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1099
1100     if (!excludedMove)
1101         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1102                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1103                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1104                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1105
1106     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1107
1108     return bestValue;
1109   }
1110
1111
1112   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1113   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1114
1115   template <NodeType NT, bool InCheck>
1116   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1117
1118     const bool PvNode = NT == PV;
1119
1120     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1121     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1122     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1123     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1124     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1125
1126     Move pv[MAX_PLY+1];
1127     StateInfo st;
1128     TTEntry* tte;
1129     Key posKey;
1130     Move ttMove, move, bestMove;
1131     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1132     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1133     Depth ttDepth;
1134     int moveCount;
1135
1136     if (PvNode)
1137     {
1138         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1139         (ss+1)->pv = pv;
1140         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1141     }
1142
1143     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1144     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1145     moveCount = 0;
1146
1147     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1148     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1149         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1150                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1151
1152     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1153
1154     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1155     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1156     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1157     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1158                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1159     // Transposition table lookup
1160     posKey = pos.key();
1161     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1162     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1163     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1164
1165     if (  !PvNode
1166         && ttHit
1167         && tte->depth() >= ttDepth
1168         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1169         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1170                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1171         return ttValue;
1172
1173     // Evaluate the position statically
1174     if (InCheck)
1175     {
1176         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1177         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1178     }
1179     else
1180     {
1181         if (ttHit)
1182         {
1183             // Never assume anything on values stored in TT
1184             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1185                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1186
1187             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1188             if (   ttValue != VALUE_NONE
1189                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1190                 bestValue = ttValue;
1191         }
1192         else
1193             ss->staticEval = bestValue =
1194             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1195                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1196
1197         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1198         if (bestValue >= beta)
1199         {
1200             if (!ttHit)
1201                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1202                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1203
1204             return bestValue;
1205         }
1206
1207         if (PvNode && bestValue > alpha)
1208             alpha = bestValue;
1209
1210         futilityBase = bestValue + 128;
1211     }
1212
1213     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1214     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1215     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1216     // be generated.
1217     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1218
1219     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1220     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1221     {
1222       assert(is_ok(move));
1223
1224       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1225                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1226                   : pos.gives_check(move);
1227
1228       moveCount++;
1229
1230       // Futility pruning
1231       if (   !InCheck
1232           && !givesCheck
1233           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1234           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1235       {
1236           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1237
1238           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1239
1240           if (futilityValue <= alpha)
1241           {
1242               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1243               continue;
1244           }
1245
1246           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1247           {
1248               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1249               continue;
1250           }
1251       }
1252
1253       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1254       evasionPrunable =    InCheck
1255                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1256                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1257                        && !pos.capture(move);
1258
1259       // Don't search moves with negative SEE values
1260       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1261           &&  type_of(move) != PROMOTION
1262           &&  !pos.see_ge(move))
1263           continue;
1264
1265       // Speculative prefetch as early as possible
1266       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1267
1268       // Check for legality just before making the move
1269       if (!pos.legal(move))
1270       {
1271           moveCount--;
1272           continue;
1273       }
1274
1275       ss->currentMove = move;
1276
1277       // Make and search the move
1278       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1279       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1280                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1281       pos.undo_move(move);
1282
1283       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1284
1285       // Check for a new best move
1286       if (value > bestValue)
1287       {
1288           bestValue = value;
1289
1290           if (value > alpha)
1291           {
1292               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1293                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1294
1295               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1296               {
1297                   alpha = value;
1298                   bestMove = move;
1299               }
1300               else // Fail high
1301               {
1302                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1303                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1304
1305                   return value;
1306               }
1307           }
1308        }
1309     }
1310
1311     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1312     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1313     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1314         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1315
1316     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1317               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1318               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1319
1320     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1321
1322     return bestValue;
1323   }
1324
1325
1326   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1327   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1328   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1329
1330   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1331
1332     assert(v != VALUE_NONE);
1333
1334     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1335           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1336   }
1337
1338
1339   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1340   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1341   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1342
1343   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1344
1345     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1346           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1347           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1348   }
1349
1350
1351   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1352
1353   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1354
1355     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1356         *pv++ = *childPv++;
1357     *pv = MOVE_NONE;
1358   }
1359
1360
1361   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1362   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1363
1364   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1365
1366     for (int i : {1, 2, 4})
1367         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1368             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1369   }
1370
1371
1372   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1373
1374   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1375                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1376
1377       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1378       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1379       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1380       captureHistory.update(moved_piece,to_sq(move), captured, bonus);
1381
1382       // Decrease all the other played capture moves
1383       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1384       {
1385           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1386           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1387           captureHistory.update(moved_piece, to_sq(captures[i]), captured, -bonus);
1388       }
1389   }
1390
1391
1392   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1393
1394   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1395                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1396
1397     if (ss->killers[0] != move)
1398     {
1399         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1400         ss->killers[0] = move;
1401     }
1402
1403     Color c = pos.side_to_move();
1404     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1405     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1406     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1407
1408     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1409     {
1410         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1411         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1412     }
1413
1414     // Decrease all the other played quiet moves
1415     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1416     {
1417         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1418         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1419     }
1420   }
1421
1422
1423   // Is the PV leading to a draw position? Assumes all pv moves are legal
1424   bool pv_is_draw(Position& pos) {
1425
1426     StateInfo st[MAX_PLY];
1427     auto& pv = pos.this_thread()->rootMoves[0].pv;
1428
1429     for (size_t i = 0; i < pv.size(); ++i)
1430         pos.do_move(pv[i], st[i]);
1431
1432     bool isDraw = pos.is_draw(pv.size());
1433
1434     for (size_t i = pv.size(); i > 0; --i)
1435         pos.undo_move(pv[i-1]);
1436
1437     return isDraw;
1438   }
1439
1440
1441   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1442   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1443
1444   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1445
1446     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1447     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1448
1449     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1450     Value topScore = rootMoves[0].score;
1451     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1452     int weakness = 120 - 2 * level;
1453     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1454
1455     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1456     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1457     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1458     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1459     {
1460         // This is our magic formula
1461         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1462                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1463
1464         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1465         {
1466             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1467             best = rootMoves[i].pv[0];
1468         }
1469     }
1470
1471     return best;
1472   }
1473
1474 } // namespace
1475
1476   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1477   // when we are out of available time and thus stop the search.
1478
1479   void MainThread::check_time() {
1480
1481     if (--callsCnt > 0)
1482         return;
1483
1484     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1485     // otherwise use a default value.
1486     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1487
1488     static TimePoint lastInfoTime = now();
1489
1490     int elapsed = Time.elapsed();
1491     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1492
1493     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1494     {
1495         lastInfoTime = tick;
1496         dbg_print();
1497     }
1498
1499     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1500     if (Threads.ponder)
1501         return;
1502
1503     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1504         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1505         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1506             Threads.stop = true;
1507   }
1508
1509
1510 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1511 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1512
1513 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1514
1515   std::stringstream ss;
1516   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1517   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1518   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1519   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1520   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1521   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1522
1523   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1524   {
1525       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1526
1527       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1528           continue;
1529
1530       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1531       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1532
1533       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1534       v = tb ? TB::Score : v;
1535
1536       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1537           ss << "\n";
1538
1539       ss << "info"
1540          << " depth "    << d / ONE_PLY
1541          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1542          << " multipv "  << i + 1
1543          << " score "    << UCI::value(v);
1544
1545       if (!tb && i == PVIdx)
1546           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1547
1548       ss << " nodes "    << nodesSearched
1549          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1550
1551       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1552           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1553
1554       ss << " tbhits "   << tbHits
1555          << " time "     << elapsed
1556          << " pv";
1557
1558       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1559           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1560   }
1561
1562   return ss.str();
1563 }
1564
1565
1566 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1567 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1568 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1569 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1570
1571 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1572
1573     StateInfo st;
1574     bool ttHit;
1575
1576     assert(pv.size() == 1);
1577
1578     if (!pv[0])
1579         return false;
1580
1581     pos.do_move(pv[0], st);
1582     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1583
1584     if (ttHit)
1585     {
1586         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1587         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1588             pv.push_back(m);
1589     }
1590
1591     pos.undo_move(pv[0]);
1592     return pv.size() > 1;
1593 }
1594
1595 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1596
1597     RootInTB = false;
1598     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1599     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1600     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1601
1602     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1603     if (Options["MultiPV"] != 1)
1604         return;
1605
1606     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1607     if (Cardinality > MaxCardinality)
1608     {
1609         Cardinality = MaxCardinality;
1610         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1611     }
1612
1613     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1614         return;
1615
1616     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1617     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1618     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1619
1620     if (RootInTB)
1621         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1622
1623     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1624     {
1625         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1626         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1627
1628         // Only probe during search if winning
1629         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1630             Cardinality = 0;
1631     }
1632
1633     if (RootInTB && !UseRule50)
1634         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1635                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1636                                             :  VALUE_DRAW;
1637 }