Collect more corrections to optimum/maximum
[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   // Threshold used for countermoves based pruning
79   const int CounterMovePruneThreshold = 0;
80
81   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
82     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
83   }
84
85   // History and stats update bonus, based on depth
86   int stat_bonus(Depth depth) {
87     int d = depth / ONE_PLY;
88     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
89   }
90
91   // Skill structure is used to implement strength limit
92   struct Skill {
93     Skill(int l) : level(l) {}
94     bool enabled() const { return level < 20; }
95     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
96     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
97     Move pick_best(size_t multiPV);
98
99     int level;
100     Move best = MOVE_NONE;
101   };
102
103   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
104   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
105   struct EasyMoveManager {
106
107     void clear() {
108       stableCnt = 0;
109       expectedPosKey = 0;
110       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
111     }
112
113     Move get(Key key) const {
114       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
115     }
116
117     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
118
119       assert(newPv.size() >= 3);
120
121       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
122       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
123
124       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
125       {
126           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
127
128           StateInfo st[2];
129           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
130           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
131           expectedPosKey = pos.key();
132           pos.undo_move(newPv[1]);
133           pos.undo_move(newPv[0]);
134       }
135     }
136
137     int stableCnt;
138     Key expectedPosKey;
139     Move pv[3];
140   };
141
142   EasyMoveManager EasyMove;
143   Value DrawValue[COLOR_NB];
144
145   template <NodeType NT>
146   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
147
148   template <NodeType NT, bool InCheck>
149   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
150
151   Value value_to_tt(Value v, int ply);
152   Value value_from_tt(Value v, int ply);
153   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
154   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
155   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
156
157 } // namespace
158
159
160 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
161
162 void Search::init() {
163
164   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
165       for (int d = 1; d < 64; ++d)
166           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
167           {
168               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
169
170               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
171               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
172
173               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
174               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
175                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
176           }
177
178   for (int d = 0; d < 16; ++d)
179   {
180       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
181       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
182   }
183 }
184
185
186 /// Search::clear() resets search state to its initial value
187
188 void Search::clear() {
189
190   Threads.main()->wait_for_search_finished();
191
192   Time.availableNodes = 0;
193   TT.clear();
194
195   for (Thread* th : Threads)
196   {
197       th->counterMoves.fill(MOVE_NONE);
198       th->mainHistory.fill(0);
199
200       for (auto& to : th->contHistory)
201           for (auto& h : to)
202               h.fill(0);
203
204       th->contHistory[NO_PIECE][0].fill(CounterMovePruneThreshold - 1);
205   }
206
207   Threads.main()->callsCnt = 0;
208   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
209 }
210
211
212 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
213 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
214 template<bool Root>
215 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
216
217   StateInfo st;
218   uint64_t cnt, nodes = 0;
219   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
220
221   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
222   {
223       if (Root && depth <= ONE_PLY)
224           cnt = 1, nodes++;
225       else
226       {
227           pos.do_move(m, st);
228           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
229           nodes += cnt;
230           pos.undo_move(m);
231       }
232       if (Root)
233           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
234   }
235   return nodes;
236 }
237
238 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
239
240
241 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
242 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
243
244 void MainThread::search() {
245
246   Color us = rootPos.side_to_move();
247   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
248   TT.new_search();
249
250   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
251   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
252   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
253
254   if (rootMoves.empty())
255   {
256       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
257       sync_cout << "info depth 0 score "
258                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
259                 << sync_endl;
260   }
261   else
262   {
263       for (Thread* th : Threads)
264           if (th != this)
265               th->start_searching();
266
267       Thread::search(); // Let's start searching!
268   }
269
270   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
271   // the available ones before exiting.
272   if (Limits.npmsec)
273       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
274
275   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
276   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
277   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
278   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
279   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
280   Threads.stopOnPonderhit = true;
281
282   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
283   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
284
285   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
286   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
287   Threads.stop = true;
288
289   // Wait until all threads have finished
290   for (Thread* th : Threads)
291       if (th != this)
292           th->wait_for_search_finished();
293
294   // Check if there are threads with a better score than main thread
295   Thread* bestThread = this;
296   if (   !this->easyMovePlayed
297       &&  Options["MultiPV"] == 1
298       && !Limits.depth
299       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
300       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
301   {
302       for (Thread* th : Threads)
303       {
304           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
305           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
306
307           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
308               bestThread = th;
309       }
310   }
311
312   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
313
314   // Send new PV when needed
315   if (bestThread != this)
316       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
317
318   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
319
320   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
321       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
322
323   std::cout << sync_endl;
324 }
325
326
327 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
328 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
329 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
330
331 void Thread::search() {
332
333   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
334   Value bestValue, alpha, beta, delta;
335   Move easyMove = MOVE_NONE;
336   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
337
338   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
339   for (int i = 4; i > 0; i--)
340      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
341
342   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
343   beta = VALUE_INFINITE;
344
345   if (mainThread)
346   {
347       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
348       EasyMove.clear();
349       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
350       mainThread->bestMoveChanges = 0;
351   }
352
353   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
354   Skill skill(Options["Skill Level"]);
355
356   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
357   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
358   if (skill.enabled())
359       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
360
361   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
362
363   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
364   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
365          && !Threads.stop
366          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
367   {
368       // Distribute search depths across the threads
369       if (idx)
370       {
371           int i = (idx - 1) % 20;
372           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
373               continue;
374       }
375
376       // Age out PV variability metric
377       if (mainThread)
378           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
379
380       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
381       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
382       for (RootMove& rm : rootMoves)
383           rm.previousScore = rm.score;
384
385       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
386       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
387       {
388           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
389           selDepth = 0;
390
391           // Reset aspiration window starting size
392           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
393           {
394               delta = Value(18);
395               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
396               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
397           }
398
399           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
400           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
401           // high/low anymore.
402           while (true)
403           {
404               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
405
406               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
407               // is done with a stable algorithm because all the values but the
408               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
409               // and we want to keep the same order for all the moves except the
410               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
411               // search the already searched PV lines are preserved.
412               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
413
414               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
415               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
416               // valid, although it refers to the previous iteration.
417               if (Threads.stop)
418                   break;
419
420               // When failing high/low give some update (without cluttering
421               // the UI) before a re-search.
422               if (   mainThread
423                   && multiPV == 1
424                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
425                   && Time.elapsed() > 3000)
426                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
427
428               // In case of failing low/high increase aspiration window and
429               // re-search, otherwise exit the loop.
430               if (bestValue <= alpha)
431               {
432                   beta = (alpha + beta) / 2;
433                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
434
435                   if (mainThread)
436                   {
437                       mainThread->failedLow = true;
438                       Threads.stopOnPonderhit = false;
439                   }
440               }
441               else if (bestValue >= beta)
442                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
443               else
444                   break;
445
446               delta += delta / 4 + 5;
447
448               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
449           }
450
451           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
452           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
453
454           if (!mainThread)
455               continue;
456
457           if (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
458               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
459       }
460
461       if (!Threads.stop)
462           completedDepth = rootDepth;
463
464       if (!mainThread)
465           continue;
466
467       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
468       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
469           skill.pick_best(multiPV);
470
471       // Have we found a "mate in x"?
472       if (   Limits.mate
473           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
474           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
475           Threads.stop = true;
476
477       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
478       if (Limits.use_time_management())
479       {
480           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
481           {
482               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
483               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
484               // from the previous search and just did a fast verification.
485               const int F[] = { mainThread->failedLow,
486                                 bestValue - mainThread->previousScore };
487
488               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
489               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
490
491               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
492                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
493                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
494
495               if (   rootMoves.size() == 1
496                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
497                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
498               {
499                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
500                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
501                   if (Threads.ponder)
502                       Threads.stopOnPonderhit = true;
503                   else
504                       Threads.stop = true;
505               }
506           }
507
508           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
509               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
510           else
511               EasyMove.clear();
512       }
513   }
514
515   if (!mainThread)
516       return;
517
518   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
519   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
520   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
521       EasyMove.clear();
522
523   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
524   if (skill.enabled())
525       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
526                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
527 }
528
529
530 namespace {
531
532   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
533
534   template <NodeType NT>
535   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
536
537     const bool PvNode = NT == PV;
538     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
539
540     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
541     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
542     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
543     assert(!(PvNode && cutNode));
544     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
545
546     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
547     StateInfo st;
548     TTEntry* tte;
549     Key posKey;
550     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
551     Depth extension, newDepth;
552     Value bestValue, value, ttValue, eval;
553     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
554     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
555     Piece movedPiece;
556     int moveCount, quietCount;
557
558     // Step 1. Initialize node
559     Thread* thisThread = pos.this_thread();
560     inCheck = pos.checkers();
561     moveCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
562     ss->statScore = 0;
563     bestValue = -VALUE_INFINITE;
564     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
565
566     // Check for the available remaining time
567     if (thisThread == Threads.main())
568         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
569
570     // Used to send selDepth info to GUI
571     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply)
572         thisThread->selDepth = ss->ply;
573
574     if (!rootNode)
575     {
576         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
577         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
578             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
579                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
580
581         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
582         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
583         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
584         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
585         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
586         // mate. In this case return a fail-high score.
587         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
588         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
589         if (alpha >= beta)
590             return alpha;
591     }
592
593     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
594
595     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
596     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
597     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
598     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
599
600     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
601     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
602     // position key in case of an excluded move.
603     excludedMove = ss->excludedMove;
604     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
605     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
606     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
607     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
608             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
609
610     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
611     if (  !PvNode
612         && ttHit
613         && tte->depth() >= depth
614         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
615         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
616                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
617     {
618         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
619         if (ttMove)
620         {
621             if (ttValue >= beta)
622             {
623                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
624                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
625
626                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
627                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
628                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
629             }
630             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
631             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
632             {
633                 int penalty = -stat_bonus(depth);
634                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
635                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
636             }
637         }
638         return ttValue;
639     }
640
641     // Step 4a. Tablebase probe
642     if (!rootNode && TB::Cardinality)
643     {
644         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
645
646         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
647             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
648             &&  pos.rule50_count() == 0
649             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
650         {
651             TB::ProbeState err;
652             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
653
654             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
655             {
656                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
657
658                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
659
660                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
661                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
662                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
663
664                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
665                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
666                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
667
668                 return value;
669             }
670         }
671     }
672
673     // Step 5. Evaluate the position statically
674     if (inCheck)
675     {
676         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
677         goto moves_loop;
678     }
679
680     else if (ttHit)
681     {
682         // Never assume anything on values stored in TT
683         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
684             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
685
686         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
687         if (   ttValue != VALUE_NONE
688             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
689             eval = ttValue;
690     }
691     else
692     {
693         eval = ss->staticEval =
694         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
695                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
696
697         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
698                   ss->staticEval, TT.generation());
699     }
700
701     if (skipEarlyPruning)
702         goto moves_loop;
703
704     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
705     if (   !PvNode
706         &&  depth < 4 * ONE_PLY
707         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
708     {
709         if (depth <= ONE_PLY)
710             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
711
712         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
713         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
714         if (v <= ralpha)
715             return v;
716     }
717
718     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
719     if (   !rootNode
720         &&  depth < 7 * ONE_PLY
721         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
722         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
723         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
724         return eval;
725
726     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
727     if (   !PvNode
728         &&  eval >= beta
729         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
730         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
731     {
732
733         assert(eval - beta >= 0);
734
735         // Null move dynamic reduction based on depth and value
736         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
737
738         ss->currentMove = MOVE_NULL;
739         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
740
741         pos.do_null_move(st);
742         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
743                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
744         pos.undo_null_move();
745
746         if (nullValue >= beta)
747         {
748             // Do not return unproven mate scores
749             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
750                 nullValue = beta;
751
752             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
753                 return nullValue;
754
755             // Do verification search at high depths
756             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
757                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
758
759             if (v >= beta)
760                 return nullValue;
761         }
762     }
763
764     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
765     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
766     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
767     if (   !PvNode
768         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
769         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
770     {
771         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
772
773         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
774
775         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
776
777         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
778             if (pos.legal(move))
779             {
780                 ss->currentMove = move;
781                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
782
783                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
784                 pos.do_move(move, st);
785                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
786                 pos.undo_move(move);
787                 if (value >= rbeta)
788                     return value;
789             }
790     }
791
792     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
793     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
794         && !ttMove
795         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
796     {
797         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
798         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
799
800         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
801         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
802     }
803
804 moves_loop: // When in check search starts from here
805
806     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
807     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
808
809     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, contHist, countermove, ss->killers);
810     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
811     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
812             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
813                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
814
815     singularExtensionNode =   !rootNode
816                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
817                            &&  ttMove != MOVE_NONE
818                            &&  ttValue != VALUE_NONE
819                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
820                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
821                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
822     skipQuiets = false;
823     ttCapture = false;
824
825     // Step 11. Loop through moves
826     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
827     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
828     {
829       assert(is_ok(move));
830
831       if (move == excludedMove)
832           continue;
833
834       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
835       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
836       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
837       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
838                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
839           continue;
840
841       ss->moveCount = ++moveCount;
842
843       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
844           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
845                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
846                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
847
848       if (PvNode)
849           (ss+1)->pv = nullptr;
850
851       extension = DEPTH_ZERO;
852       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
853       movedPiece = pos.moved_piece(move);
854
855       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
856                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
857                   : pos.gives_check(move);
858
859       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
860                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
861
862       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
863
864       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
865       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
866       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
867       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
868       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
869       if (    singularExtensionNode
870           &&  move == ttMove
871           &&  pos.legal(move))
872       {
873           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
874           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
875           ss->excludedMove = move;
876           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
877           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
878
879           if (value < rBeta)
880               extension = ONE_PLY;
881       }
882       else if (    givesCheck
883                && !moveCountPruning
884                &&  pos.see_ge(move))
885           extension = ONE_PLY;
886
887       // Calculate new depth for this move
888       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
889
890       // Step 13. Pruning at shallow depth
891       if (  !rootNode
892           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
893           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
894       {
895           if (   !captureOrPromotion
896               && !givesCheck
897               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
898           {
899               // Move count based pruning
900               if (moveCountPruning)
901               {
902                   skipQuiets = true;
903                   continue;
904               }
905
906               // Reduced depth of the next LMR search
907               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
908
909               // Countermoves based pruning
910               if (   lmrDepth < 3
911                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
912                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
913                   continue;
914
915               // Futility pruning: parent node
916               if (   lmrDepth < 7
917                   && !inCheck
918                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
919                   continue;
920
921               // Prune moves with negative SEE
922               if (   lmrDepth < 8
923                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
924                   continue;
925           }
926           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
927                    && !extension
928                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
929                   continue;
930       }
931
932       // Speculative prefetch as early as possible
933       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
934
935       // Check for legality just before making the move
936       if (!rootNode && !pos.legal(move))
937       {
938           ss->moveCount = --moveCount;
939           continue;
940       }
941
942       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
943           ttCapture = true;
944
945       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
946       ss->currentMove = move;
947       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
948
949       // Step 14. Make the move
950       pos.do_move(move, st, givesCheck);
951
952       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
953       // re-searched at full depth.
954       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
955           &&  moveCount > 1
956           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
957       {
958           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
959
960           if (captureOrPromotion)
961               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
962           else
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->statScore < 0 && (ss-1)->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->ply = (ss-1)->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
1187     // Transposition table lookup
1188     posKey = pos.key();
1189     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1190     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1191     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1192
1193     if (  !PvNode
1194         && ttHit
1195         && tte->depth() >= ttDepth
1196         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1197         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1198                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1199         return ttValue;
1200
1201     // Evaluate the position statically
1202     if (InCheck)
1203     {
1204         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1205         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1206     }
1207     else
1208     {
1209         if (ttHit)
1210         {
1211             // Never assume anything on values stored in TT
1212             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1213                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1214
1215             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1216             if (   ttValue != VALUE_NONE
1217                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1218                 bestValue = ttValue;
1219         }
1220         else
1221             ss->staticEval = bestValue =
1222             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1223                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1224
1225         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1226         if (bestValue >= beta)
1227         {
1228             if (!ttHit)
1229                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1230                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1231
1232             return bestValue;
1233         }
1234
1235         if (PvNode && bestValue > alpha)
1236             alpha = bestValue;
1237
1238         futilityBase = bestValue + 128;
1239     }
1240
1241     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1242     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1243     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1244     // be generated.
1245     const PieceToHistory* contHist[4] = {};
1246     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, contHist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1247
1248     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1249     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1250     {
1251       assert(is_ok(move));
1252
1253       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1254                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1255                   : pos.gives_check(move);
1256
1257       moveCount++;
1258
1259       // Futility pruning
1260       if (   !InCheck
1261           && !givesCheck
1262           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1263           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1264       {
1265           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1266
1267           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1268
1269           if (futilityValue <= alpha)
1270           {
1271               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1272               continue;
1273           }
1274
1275           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1276           {
1277               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1278               continue;
1279           }
1280       }
1281
1282       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1283       evasionPrunable =    InCheck
1284                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1285                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1286                        && !pos.capture(move);
1287
1288       // Don't search moves with negative SEE values
1289       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1290           &&  type_of(move) != PROMOTION
1291           &&  !pos.see_ge(move))
1292           continue;
1293
1294       // Speculative prefetch as early as possible
1295       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1296
1297       // Check for legality just before making the move
1298       if (!pos.legal(move))
1299       {
1300           moveCount--;
1301           continue;
1302       }
1303
1304       ss->currentMove = move;
1305
1306       // Make and search the move
1307       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1308       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1309                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1310       pos.undo_move(move);
1311
1312       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1313
1314       // Check for a new best move
1315       if (value > bestValue)
1316       {
1317           bestValue = value;
1318
1319           if (value > alpha)
1320           {
1321               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1322                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1323
1324               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1325               {
1326                   alpha = value;
1327                   bestMove = move;
1328               }
1329               else // Fail high
1330               {
1331                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1332                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1333
1334                   return value;
1335               }
1336           }
1337        }
1338     }
1339
1340     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1341     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1342     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1343         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1344
1345     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1346               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1347               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1348
1349     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1350
1351     return bestValue;
1352   }
1353
1354
1355   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1356   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1357   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1358
1359   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1360
1361     assert(v != VALUE_NONE);
1362
1363     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1364           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1365   }
1366
1367
1368   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1369   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1370   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1371
1372   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1373
1374     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1375           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1376           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1377   }
1378
1379
1380   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1381
1382   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1383
1384     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1385         *pv++ = *childPv++;
1386     *pv = MOVE_NONE;
1387   }
1388
1389
1390   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1391   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1392
1393   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1394
1395     for (int i : {1, 2, 4})
1396         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1397             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1398   }
1399
1400
1401   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1402
1403   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1404                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1405
1406     if (ss->killers[0] != move)
1407     {
1408         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1409         ss->killers[0] = move;
1410     }
1411
1412     Color c = pos.side_to_move();
1413     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1414     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1415     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1416
1417     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1418     {
1419         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1420         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1421     }
1422
1423     // Decrease all the other played quiet moves
1424     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1425     {
1426         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1427         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1428     }
1429   }
1430
1431
1432   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1433   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1434
1435   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1436
1437     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1438     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1439
1440     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1441     Value topScore = rootMoves[0].score;
1442     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1443     int weakness = 120 - 2 * level;
1444     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1445
1446     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1447     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1448     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1449     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1450     {
1451         // This is our magic formula
1452         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1453                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1454
1455         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1456         {
1457             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1458             best = rootMoves[i].pv[0];
1459         }
1460     }
1461
1462     return best;
1463   }
1464
1465 } // namespace
1466
1467   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1468   // when we are out of available time and thus stop the search.
1469
1470   void MainThread::check_time() {
1471
1472     if (--callsCnt > 0)
1473         return;
1474
1475     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1476     // otherwise use a default value.
1477     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1478
1479     static TimePoint lastInfoTime = now();
1480
1481     int elapsed = Time.elapsed();
1482     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1483
1484     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1485     {
1486         lastInfoTime = tick;
1487         dbg_print();
1488     }
1489
1490     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1491     if (Threads.ponder)
1492         return;
1493
1494     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1495         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1496         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1497             Threads.stop = true;
1498   }
1499
1500
1501 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1502 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1503
1504 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1505
1506   std::stringstream ss;
1507   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1508   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1509   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1510   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1511   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1512   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1513
1514   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1515   {
1516       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1517
1518       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1519           continue;
1520
1521       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1522       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1523
1524       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1525       v = tb ? TB::Score : v;
1526
1527       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1528           ss << "\n";
1529
1530       ss << "info"
1531          << " depth "    << d / ONE_PLY
1532          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1533          << " multipv "  << i + 1
1534          << " score "    << UCI::value(v);
1535
1536       if (!tb && i == PVIdx)
1537           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1538
1539       ss << " nodes "    << nodesSearched
1540          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1541
1542       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1543           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1544
1545       ss << " tbhits "   << tbHits
1546          << " time "     << elapsed
1547          << " pv";
1548
1549       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1550           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1551   }
1552
1553   return ss.str();
1554 }
1555
1556
1557 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1558 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1559 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1560 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1561
1562 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1563
1564     StateInfo st;
1565     bool ttHit;
1566
1567     assert(pv.size() == 1);
1568
1569     if (!pv[0])
1570         return false;
1571
1572     pos.do_move(pv[0], st);
1573     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1574
1575     if (ttHit)
1576     {
1577         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1578         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1579             pv.push_back(m);
1580     }
1581
1582     pos.undo_move(pv[0]);
1583     return pv.size() > 1;
1584 }
1585
1586 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1587
1588     RootInTB = false;
1589     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1590     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1591     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1592
1593     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1594     if (Cardinality > MaxCardinality)
1595     {
1596         Cardinality = MaxCardinality;
1597         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1598     }
1599
1600     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1601         return;
1602
1603     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1604     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1605     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1606
1607     if (RootInTB)
1608         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1609
1610     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1611     {
1612         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1613         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1614
1615         // Only probe during search if winning
1616         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1617             Cardinality = 0;
1618     }
1619
1620     if (RootInTB && !UseRule50)
1621         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1622                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1623                                             :  VALUE_DRAW;
1624 }