Simplification: use Arctan for the optimism S-curve
[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) 2015-2018 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   // Razor and futility margins
70   const int RazorMargin1 = 590;
71   const int RazorMargin2 = 604;
72   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
73     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
74   }
75
76   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
77   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
78   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
79
80   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
81     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
82   }
83
84   // History and stats update bonus, based on depth
85   int stat_bonus(Depth depth) {
86     int d = depth / ONE_PLY;
87     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
88   }
89
90   // Skill structure is used to implement strength limit
91   struct Skill {
92     explicit Skill(int l) : level(l) {}
93     bool enabled() const { return level < 20; }
94     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
95     Move pick_best(size_t multiPV);
96
97     int level;
98     Move best = MOVE_NONE;
99   };
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_quiet_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
114   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
115     Color us = pos.side_to_move();
116     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
117           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
118           : pos.gives_check(move);
119   }
120
121   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
122   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
123   template<bool Root>
124   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
125
126     StateInfo st;
127     uint64_t cnt, nodes = 0;
128     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
129
130     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
131     {
132         if (Root && depth <= ONE_PLY)
133             cnt = 1, nodes++;
134         else
135         {
136             pos.do_move(m, st);
137             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
138             nodes += cnt;
139             pos.undo_move(m);
140         }
141         if (Root)
142             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
143     }
144     return nodes;
145   }
146
147 } // namespace
148
149
150 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
151
152 void Search::init() {
153
154   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
155       for (int d = 1; d < 64; ++d)
156           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
157           {
158               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
159
160               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
161               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
162
163               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
164               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
165                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
166           }
167
168   for (int d = 0; d < 16; ++d)
169   {
170       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
171       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
172   }
173 }
174
175
176 /// Search::clear() resets search state to its initial value
177
178 void Search::clear() {
179
180   Threads.main()->wait_for_search_finished();
181
182   Time.availableNodes = 0;
183   TT.clear();
184   Threads.clear();
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   if (rootMoves.empty())
205   {
206       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
207       sync_cout << "info depth 0 score "
208                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
209                 << sync_endl;
210   }
211   else
212   {
213       for (Thread* th : Threads)
214           if (th != this)
215               th->start_searching();
216
217       Thread::search(); // Let's start searching!
218   }
219
220   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
221   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
222   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
223   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
224   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
225   Threads.stopOnPonderhit = true;
226
227   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
228   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
229
230   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
231   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
232   Threads.stop = true;
233
234   // Wait until all threads have finished
235   for (Thread* th : Threads)
236       if (th != this)
237           th->wait_for_search_finished();
238
239   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
240   // the available ones before exiting.
241   if (Limits.npmsec)
242       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
243
244   // Check if there are threads with a better score than main thread
245   Thread* bestThread = this;
246   if (    Options["MultiPV"] == 1
247       && !Limits.depth
248       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
249       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
250   {
251       for (Thread* th : Threads)
252       {
253           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
254           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
255
256           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
257           if (    scoreDiff > 0
258               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
259               bestThread = th;
260       }
261   }
262
263   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
264
265   // Send again PV info if we have a new best thread
266   if (bestThread != this)
267       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
268
269   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
270
271   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
272       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
273
274   std::cout << sync_endl;
275 }
276
277
278 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
279 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
280 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
281
282 void Thread::search() {
283
284   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
285   Value bestValue, alpha, beta, delta;
286   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
287   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
288   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
289   double timeReduction = 1.0;
290   Color us = rootPos.side_to_move();
291
292   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
293   for (int i = 4; i > 0; i--)
294      (ss-i)->contHistory = this->contHistory[NO_PIECE][0].get(); // Use as sentinel
295
296   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
297   beta = VALUE_INFINITE;
298
299   if (mainThread)
300       mainThread->bestMoveChanges = 0, mainThread->failedLow = false;
301
302   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
303   Skill skill(Options["Skill Level"]);
304
305   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
306   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
307   if (skill.enabled())
308       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
309
310   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
311
312   int ct = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
313   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
314                                 : -make_score(ct, ct / 2));
315
316   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
317   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
318          && !Threads.stop
319          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
320   {
321       // Distribute search depths across the helper threads
322       if (idx > 0)
323       {
324           int i = (idx - 1) % 20;
325           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
326               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
327       }
328
329       // Age out PV variability metric
330       if (mainThread)
331           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, mainThread->failedLow = false;
332
333       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
334       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
335       for (RootMove& rm : rootMoves)
336           rm.previousScore = rm.score;
337
338       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
339       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
340       {
341           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
342           selDepth = 0;
343
344           // Reset aspiration window starting size
345           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
346           {
347               delta = Value(18);
348               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
349               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
350
351               ct =  Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
352
353               // Adjust contempt based on current bestValue (dynamic contempt)
354               ct += int(std::round(48 * atan(float(bestValue) / 128)));
355
356               Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
357                                             : -make_score(ct, ct / 2));
358           }
359
360           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
361           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
362           // high/low anymore.
363           while (true)
364           {
365               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
366
367               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
368               // is done with a stable algorithm because all the values but the
369               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
370               // and we want to keep the same order for all the moves except the
371               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
372               // search the already searched PV lines are preserved.
373               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
374
375               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
376               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
377               // the previous iteration.
378               if (Threads.stop)
379                   break;
380
381               // When failing high/low give some update (without cluttering
382               // the UI) before a re-search.
383               if (   mainThread
384                   && multiPV == 1
385                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
386                   && Time.elapsed() > 3000)
387                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
388
389               // In case of failing low/high increase aspiration window and
390               // re-search, otherwise exit the loop.
391               if (bestValue <= alpha)
392               {
393                   beta = (alpha + beta) / 2;
394                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
395
396                   if (mainThread)
397                   {
398                       mainThread->failedLow = true;
399                       Threads.stopOnPonderhit = false;
400                   }
401               }
402               else if (bestValue >= beta)
403                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
404               else
405                   break;
406
407               delta += delta / 4 + 5;
408
409               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
410           }
411
412           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
413           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
414
415           if (    mainThread
416               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
417               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
418       }
419
420       if (!Threads.stop)
421           completedDepth = rootDepth;
422
423       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
424          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
425          lastBestMoveDepth = rootDepth;
426       }
427
428       // Have we found a "mate in x"?
429       if (   Limits.mate
430           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
431           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
432           Threads.stop = true;
433
434       if (!mainThread)
435           continue;
436
437       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
438       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
439           skill.pick_best(multiPV);
440
441       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
442       if (    Limits.use_time_management()
443           && !Threads.stop
444           && !Threads.stopOnPonderhit)
445           {
446               const int F[] = { mainThread->failedLow,
447                                 bestValue - mainThread->previousScore };
448
449               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
450
451               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
452               timeReduction = 1.0;
453               for (int i : {3, 4, 5})
454                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
455                      timeReduction *= 1.25;
456
457               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
458               double unstablePvFactor = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
459               unstablePvFactor *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
460
461               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
462               if (   rootMoves.size() == 1
463                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 581)
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   if (!mainThread)
476       return;
477
478   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
479
480   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
481   if (skill.enabled())
482       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
483                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
484 }
485
486
487 namespace {
488
489   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
490
491   template <NodeType NT>
492   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
493
494     const bool PvNode = NT == PV;
495     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
496
497     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
498     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
499     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
500     assert(!(PvNode && cutNode));
501     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
502
503     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
504     StateInfo st;
505     TTEntry* tte;
506     Key posKey;
507     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
508     Depth extension, newDepth;
509     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
510     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
511     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
512     Piece movedPiece;
513     int moveCount, captureCount, quietCount;
514
515     // Step 1. Initialize node
516     Thread* thisThread = pos.this_thread();
517     inCheck = pos.checkers();
518     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
519     bestValue = -VALUE_INFINITE;
520     maxValue = VALUE_INFINITE;
521
522     // Check for the available remaining time
523     if (thisThread == Threads.main())
524         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
525
526     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
527     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
528         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
529
530     if (!rootNode)
531     {
532         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
533         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
534             || pos.is_draw(ss->ply)
535             || ss->ply >= MAX_PLY)
536             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
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].get();
555     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
556     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
557
558     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
559     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
560     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
561     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
562     // LMR which are based on the statScore of parent position.
563     (ss+2)->statScore = 0;
564
565     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
566     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
567     // position key in case of an excluded move.
568     excludedMove = ss->excludedMove;
569     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
570     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
571     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
572     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
573             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
574
575     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
576     if (  !PvNode
577         && ttHit
578         && tte->depth() >= depth
579         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
580         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
581                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
582     {
583         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
584         if (ttMove)
585         {
586             if (ttValue >= beta)
587             {
588                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
589                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
590
591                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
592                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
593                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
594             }
595             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
596             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
597             {
598                 int penalty = -stat_bonus(depth);
599                 thisThread->mainHistory[pos.side_to_move()][from_to(ttMove)] << penalty;
600                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
601             }
602         }
603         return ttValue;
604     }
605
606     // Step 5. Tablebases probe
607     if (!rootNode && TB::Cardinality)
608     {
609         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
610
611         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
612             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
613             &&  pos.rule50_count() == 0
614             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
615         {
616             TB::ProbeState err;
617             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
618
619             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
620             {
621                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
622
623                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
624
625                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
626                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
627                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
628
629                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
630                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
631
632                 if (    b == BOUND_EXACT
633                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
634                 {
635                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
636                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
637                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
638
639                     return value;
640                 }
641
642                 if (PvNode)
643                 {
644                     if (b == BOUND_LOWER)
645                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
646                     else
647                         maxValue = value;
648                 }
649             }
650         }
651     }
652
653     // Step 6. Evaluate the position statically
654     if (inCheck)
655     {
656         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
657         goto moves_loop;
658     }
659     else if (ttHit)
660     {
661         // Never assume anything on values stored in TT
662         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
663             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
664
665         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
666         if (    ttValue != VALUE_NONE
667             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
668             eval = ttValue;
669     }
670     else
671     {
672         ss->staticEval = eval =
673         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
674                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
675
676         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
677                   ss->staticEval, TT.generation());
678     }
679
680     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
681             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
682                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
683
684     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
685         goto moves_loop;
686
687     // Step 7. Razoring (skipped when in check)
688     if (  !PvNode
689         && depth <= 2 * ONE_PLY)
690     {
691         if (   depth == ONE_PLY
692             && eval + RazorMargin1 <= alpha)
693             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
694
695         else if (eval + RazorMargin2 <= alpha)
696         {
697             Value ralpha = alpha - RazorMargin2;
698             Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
699
700             if (v <= ralpha)
701                 return v;
702         }
703     }
704
705     // Step 8. Futility pruning: child node (skipped when in check)
706     if (   !rootNode
707         &&  depth < 7 * ONE_PLY
708         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
709         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
710         return eval;
711
712     // Step 9. Null move search with verification search
713     if (   !PvNode
714         &&  eval >= beta
715         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
716         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
717     {
718         assert(eval - beta >= 0);
719
720         // Null move dynamic reduction based on depth and value
721         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
722
723         ss->currentMove = MOVE_NULL;
724         ss->contHistory = thisThread->contHistory[NO_PIECE][0].get();
725
726         pos.do_null_move(st);
727         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
728                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
729         pos.undo_null_move();
730
731         if (nullValue >= beta)
732         {
733             // Do not return unproven mate scores
734             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
735                 nullValue = beta;
736
737             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
738                 return nullValue;
739
740             // Do verification search at high depths. Disable null move pruning
741             // for side to move for the first part of the remaining search tree.
742             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
743             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
744
745             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
746                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
747
748             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
749
750             if (v >= beta)
751                 return nullValue;
752         }
753     }
754
755     // Step 10. ProbCut (skipped when in check)
756     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
757     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
758     if (   !PvNode
759         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
760         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
761     {
762         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
763
764         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
765         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
766         int probCutCount = 0;
767
768         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
769                && probCutCount < depth / ONE_PLY - 3)
770             if (pos.legal(move))
771             {
772                 probCutCount++;
773
774                 ss->currentMove = move;
775                 ss->contHistory = thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
776
777                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
778
779                 pos.do_move(move, st);
780
781                 // Perform a preliminary search at depth 1 to verify that the move holds.
782                 // We will only do this search if the depth is not 5, thus avoiding two
783                 // searches at depth 1 in a row.
784                 if (depth != 5 * ONE_PLY)
785                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, ONE_PLY, !cutNode, true);
786
787                 // If the first search was skipped or was performed and held, perform
788                 // the regular search.
789                 if (depth == 5 * ONE_PLY || value >= rbeta)
790                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
791
792                 pos.undo_move(move);
793
794                 if (value >= rbeta)
795                     return value;
796             }
797     }
798
799     // Step 11. Internal iterative deepening (skipped when in check)
800     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
801         && !ttMove
802         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
803     {
804         Depth d = 3 * depth / 4 - 2 * ONE_PLY;
805         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
806
807         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
808         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
809         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
810     }
811
812 moves_loop: // When in check, search starts from here
813
814     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
815     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
816
817     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
818     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
819     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
820             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
821                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
822
823     singularExtensionNode =   !rootNode
824                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
825                            &&  ttMove != MOVE_NONE
826                            &&  ttValue != VALUE_NONE
827                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
828                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
829                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
830     skipQuiets = false;
831     ttCapture = false;
832     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
833
834     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
835     // or a beta cutoff occurs.
836     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
837     {
838       assert(is_ok(move));
839
840       if (move == excludedMove)
841           continue;
842
843       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
844       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
845       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
846       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
847                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
848           continue;
849
850       ss->moveCount = ++moveCount;
851
852       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
853           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
854                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
855                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
856       if (PvNode)
857           (ss+1)->pv = nullptr;
858
859       extension = DEPTH_ZERO;
860       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
861       movedPiece = pos.moved_piece(move);
862       givesCheck = gives_check(pos, move);
863
864       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
865                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
866
867       // Step 13. Extensions
868
869       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search
870       // of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then
871       // that move is singular and should be extended. To verify this we do a
872       // reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
873       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
874       if (    singularExtensionNode
875           &&  move == ttMove
876           &&  pos.legal(move))
877       {
878           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
879           ss->excludedMove = move;
880           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode, true);
881           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
882
883           if (value < rBeta)
884               extension = ONE_PLY;
885       }
886       else if (    givesCheck // Check extension
887                && !moveCountPruning
888                &&  pos.see_ge(move))
889           extension = ONE_PLY;
890
891       // Calculate new depth for this move
892       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
893
894       // Step 14. Pruning at shallow depth
895       if (  !rootNode
896           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
897           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
898       {
899           if (   !captureOrPromotion
900               && !givesCheck
901               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
902           {
903               // Move count based pruning
904               if (moveCountPruning)
905               {
906                   skipQuiets = true;
907                   continue;
908               }
909
910               // Reduced depth of the next LMR search
911               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
912
913               // Countermoves based pruning
914               if (   lmrDepth < 3
915                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
916                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
917                   continue;
918
919               // Futility pruning: parent node
920               if (   lmrDepth < 7
921                   && !inCheck
922                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
923                   continue;
924
925               // Prune moves with negative SEE
926               if (   lmrDepth < 8
927                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
928                   continue;
929           }
930           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
931                    && !extension
932                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
933                   continue;
934       }
935
936       // Speculative prefetch as early as possible
937       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
938
939       // Check for legality just before making the move
940       if (!rootNode && !pos.legal(move))
941       {
942           ss->moveCount = --moveCount;
943           continue;
944       }
945
946       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
947           ttCapture = true;
948
949       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
950       ss->currentMove = move;
951       ss->contHistory = thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
952
953       // Step 15. Make the move
954       pos.do_move(move, st, givesCheck);
955
956       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
957       // re-searched at full depth.
958       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
959           &&  moveCount > 1
960           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
961       {
962           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
963
964           if (captureOrPromotion)
965               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
966           else
967           {
968               // Decrease reduction if opponent's move count is high
969               if ((ss-1)->moveCount > 15)
970                   r -= ONE_PLY;
971
972               // Decrease reduction for exact PV nodes
973               if (pvExact)
974                   r -= ONE_PLY;
975
976               // Increase reduction if ttMove is a capture
977               if (ttCapture)
978                   r += ONE_PLY;
979
980               // Increase reduction for cut nodes
981               if (cutNode)
982                   r += 2 * ONE_PLY;
983
984               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
985               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
986               // hence break make_move().
987               else if (    type_of(move) == NORMAL
988                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
989                   r -= 2 * ONE_PLY;
990
991               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
992                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
993                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
994                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
995                              - 4000;
996
997               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
998               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
999                   r -= ONE_PLY;
1000
1001               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1002                   r += ONE_PLY;
1003
1004               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1005               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
1006           }
1007
1008           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1009
1010           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1011
1012           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1013       }
1014       else
1015           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1016
1017       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1018       if (doFullDepthSearch)
1019           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1020                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1021                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1022                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1023
1024       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1025       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1026       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1027       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1028       {
1029           (ss+1)->pv = pv;
1030           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1031
1032           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1033                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1034                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1035                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1036       }
1037
1038       // Step 18. Undo move
1039       pos.undo_move(move);
1040
1041       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1042
1043       // Step 19. Check for a new best move
1044       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1045       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1046       // updating best move, PV and TT.
1047       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1048           return VALUE_ZERO;
1049
1050       if (rootNode)
1051       {
1052           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1053                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1054
1055           // PV move or new best move?
1056           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1057           {
1058               rm.score = value;
1059               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1060               rm.pv.resize(1);
1061
1062               assert((ss+1)->pv);
1063
1064               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1065                   rm.pv.push_back(*m);
1066
1067               // We record how often the best move has been changed in each
1068               // iteration. This information is used for time management: When
1069               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1070               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1071                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1072           }
1073           else
1074               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1075               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1076               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1077               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1078       }
1079
1080       if (value > bestValue)
1081       {
1082           bestValue = value;
1083
1084           if (value > alpha)
1085           {
1086               bestMove = move;
1087
1088               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1089                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1090
1091               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1092                   alpha = value;
1093               else
1094               {
1095                   assert(value >= beta); // Fail high
1096                   break;
1097               }
1098           }
1099       }
1100
1101       if (move != bestMove)
1102       {
1103           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1104               capturesSearched[captureCount++] = move;
1105
1106           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1107               quietsSearched[quietCount++] = move;
1108       }
1109     }
1110
1111     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1112     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1113     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1114     /*
1115        if (Threads.stop)
1116         return VALUE_DRAW;
1117     */
1118
1119     // Step 20. Check for mate and stalemate
1120     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1121     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1122     // return a fail low score.
1123
1124     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1125
1126     if (!moveCount)
1127         bestValue = excludedMove ? alpha
1128                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1129     else if (bestMove)
1130     {
1131         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1132         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1133             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1134         else
1135             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1136
1137         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1138         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1139             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1140     }
1141     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1142     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1143              && !pos.captured_piece()
1144              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1145         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1146
1147     if (PvNode)
1148         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1149
1150     if (!excludedMove)
1151         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1152                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1153                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1154                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1155
1156     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1157
1158     return bestValue;
1159   }
1160
1161
1162   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1163   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1164
1165   template <NodeType NT, bool InCheck>
1166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1167
1168     const bool PvNode = NT == PV;
1169
1170     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1171     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1172     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1173     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1174     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1175
1176     Move pv[MAX_PLY+1];
1177     StateInfo st;
1178     TTEntry* tte;
1179     Key posKey;
1180     Move ttMove, move, bestMove;
1181     Depth ttDepth;
1182     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1183     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1184     int moveCount;
1185
1186     if (PvNode)
1187     {
1188         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1189         (ss+1)->pv = pv;
1190         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1191     }
1192
1193     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1194     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1195     moveCount = 0;
1196
1197     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1198     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1199         || ss->ply >= MAX_PLY)
1200         return (ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1201
1202     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1203
1204     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1205     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1206     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1207     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1208                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1209     // Transposition table lookup
1210     posKey = pos.key();
1211     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1212     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1213     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1214
1215     if (  !PvNode
1216         && ttHit
1217         && tte->depth() >= ttDepth
1218         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1219         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1220                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1221         return ttValue;
1222
1223     // Evaluate the position statically
1224     if (InCheck)
1225     {
1226         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1227         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1228     }
1229     else
1230     {
1231         if (ttHit)
1232         {
1233             // Never assume anything on values stored in TT
1234             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1235                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1236
1237             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1238             if (   ttValue != VALUE_NONE
1239                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1240                 bestValue = ttValue;
1241         }
1242         else
1243             ss->staticEval = bestValue =
1244             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1245                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1246
1247         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1248         if (bestValue >= beta)
1249         {
1250             if (!ttHit)
1251                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1252                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1253
1254             return bestValue;
1255         }
1256
1257         if (PvNode && bestValue > alpha)
1258             alpha = bestValue;
1259
1260         futilityBase = bestValue + 128;
1261     }
1262
1263     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1264     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1265     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1266     // be generated.
1267     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1268
1269     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1270     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1271     {
1272       assert(is_ok(move));
1273
1274       givesCheck = gives_check(pos, move);
1275
1276       moveCount++;
1277
1278       // Futility pruning
1279       if (   !InCheck
1280           && !givesCheck
1281           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1282           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1283       {
1284           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1285
1286           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1287
1288           if (futilityValue <= alpha)
1289           {
1290               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1291               continue;
1292           }
1293
1294           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1295           {
1296               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1297               continue;
1298           }
1299       }
1300
1301       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1302       evasionPrunable =    InCheck
1303                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1304                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1305                        && !pos.capture(move);
1306
1307       // Don't search moves with negative SEE values
1308       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1309           && !pos.see_ge(move))
1310           continue;
1311
1312       // Speculative prefetch as early as possible
1313       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1314
1315       // Check for legality just before making the move
1316       if (!pos.legal(move))
1317       {
1318           moveCount--;
1319           continue;
1320       }
1321
1322       ss->currentMove = move;
1323
1324       // Make and search the move
1325       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1326       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1327                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1328       pos.undo_move(move);
1329
1330       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1331
1332       // Check for a new best move
1333       if (value > bestValue)
1334       {
1335           bestValue = value;
1336
1337           if (value > alpha)
1338           {
1339               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1340                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1341
1342               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1343               {
1344                   alpha = value;
1345                   bestMove = move;
1346               }
1347               else // Fail high
1348               {
1349                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1350                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1351
1352                   return value;
1353               }
1354           }
1355        }
1356     }
1357
1358     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1359     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1360     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1361         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1362
1363     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1364               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1365               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1366
1367     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1368
1369     return bestValue;
1370   }
1371
1372
1373   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1374   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1375   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1376
1377   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1378
1379     assert(v != VALUE_NONE);
1380
1381     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1382           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1383   }
1384
1385
1386   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1387   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1388   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1389
1390   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1391
1392     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1393           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1394           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1395   }
1396
1397
1398   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1399
1400   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1401
1402     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1403         *pv++ = *childPv++;
1404     *pv = MOVE_NONE;
1405   }
1406
1407
1408   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1409   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1410
1411   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1412
1413     for (int i : {1, 2, 4})
1414         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1415             (*(ss-i)->contHistory)[pc][to] << bonus;
1416   }
1417
1418
1419   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1420
1421   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1422                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1423
1424       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1425       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1426       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1427       captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1428
1429       // Decrease all the other played capture moves
1430       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1431       {
1432           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1433           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1434           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1435       }
1436   }
1437
1438
1439   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1440
1441   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1442                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1443
1444     if (ss->killers[0] != move)
1445     {
1446         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1447         ss->killers[0] = move;
1448     }
1449
1450     Color us = pos.side_to_move();
1451     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1452     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1453     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1454
1455     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1456     {
1457         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1458         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1459     }
1460
1461     // Decrease all the other played quiet moves
1462     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1463     {
1464         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1465         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1466     }
1467   }
1468
1469   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1470   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1471
1472   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1473
1474     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1475     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1476
1477     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1478     Value topScore = rootMoves[0].score;
1479     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1480     int weakness = 120 - 2 * level;
1481     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1482
1483     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1484     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1485     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1486     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1487     {
1488         // This is our magic formula
1489         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1490                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1491
1492         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1493         {
1494             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1495             best = rootMoves[i].pv[0];
1496         }
1497     }
1498
1499     return best;
1500   }
1501
1502 } // namespace
1503
1504 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1505 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1506
1507 void MainThread::check_time() {
1508
1509   if (--callsCnt > 0)
1510       return;
1511
1512   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1513   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1514
1515   static TimePoint lastInfoTime = now();
1516
1517   int elapsed = Time.elapsed();
1518   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1519
1520   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1521   {
1522       lastInfoTime = tick;
1523       dbg_print();
1524   }
1525
1526   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1527   if (Threads.ponder)
1528       return;
1529
1530   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1531       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1532       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1533       Threads.stop = true;
1534 }
1535
1536
1537 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1538 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1539
1540 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1541
1542   std::stringstream ss;
1543   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1544   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1545   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1546   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1547   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1548   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1549
1550   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1551   {
1552       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1553
1554       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1555           continue;
1556
1557       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1558       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1559
1560       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1561       v = tb ? TB::Score : v;
1562
1563       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1564           ss << "\n";
1565
1566       ss << "info"
1567          << " depth "    << d / ONE_PLY
1568          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1569          << " multipv "  << i + 1
1570          << " score "    << UCI::value(v);
1571
1572       if (!tb && i == PVIdx)
1573           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1574
1575       ss << " nodes "    << nodesSearched
1576          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1577
1578       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1579           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1580
1581       ss << " tbhits "   << tbHits
1582          << " time "     << elapsed
1583          << " pv";
1584
1585       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1586           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1587   }
1588
1589   return ss.str();
1590 }
1591
1592
1593 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1594 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1595 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1596 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1597
1598 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1599
1600     StateInfo st;
1601     bool ttHit;
1602
1603     assert(pv.size() == 1);
1604
1605     if (!pv[0])
1606         return false;
1607
1608     pos.do_move(pv[0], st);
1609     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1610
1611     if (ttHit)
1612     {
1613         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1614         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1615             pv.push_back(m);
1616     }
1617
1618     pos.undo_move(pv[0]);
1619     return pv.size() > 1;
1620 }
1621
1622
1623 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1624
1625     RootInTB = false;
1626     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1627     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1628     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1629
1630     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1631     if (Cardinality > MaxCardinality)
1632     {
1633         Cardinality = MaxCardinality;
1634         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1635     }
1636
1637     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1638         return;
1639
1640     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1641     if (Options["MultiPV"] != 1)
1642         return;
1643
1644     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1645     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1646     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1647
1648     if (RootInTB)
1649         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1650
1651     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1652     {
1653         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1654         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1655
1656         // Only probe during search if winning
1657         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1658             Cardinality = 0;
1659     }
1660
1661     if (RootInTB && !UseRule50)
1662         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1663                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1664                                             :  VALUE_DRAW;
1665
1666     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1667     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1668     for (RootMove& rm : rootMoves)
1669         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1670 }