Tweak reductions formula: 0.88 * depth + 0.12
[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 "thread.h"
35 #include "timeman.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 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin[] = {0, 590, 604};
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 32 * d * d + 64 * d - 64;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   template <NodeType NT>
100   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
101
102   template <NodeType NT>
103   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
104
105   Value value_to_tt(Value v, int ply);
106   Value value_from_tt(Value v, int ply);
107   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
108   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
109   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
110   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
111
112   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
113     Color us = pos.side_to_move();
114     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
115           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
116           : pos.gives_check(move);
117   }
118
119   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
120   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
121   template<bool Root>
122   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
123
124     StateInfo st;
125     uint64_t cnt, nodes = 0;
126     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
127
128     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
129     {
130         if (Root && depth <= ONE_PLY)
131             cnt = 1, nodes++;
132         else
133         {
134             pos.do_move(m, st);
135             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
136             nodes += cnt;
137             pos.undo_move(m);
138         }
139         if (Root)
140             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
141     }
142     return nodes;
143   }
144
145 } // namespace
146
147
148 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
149
150 void Search::init() {
151
152   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
153       for (int d = 1; d < 64; ++d)
154           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
155           {
156               double slope = d > 2 ? 0.88 * d + 0.36 : d;
157               double r = log(slope) * log(mc) / 1.95;
158
159               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
160               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
161
162               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
163               if (!imp && r > 1.0)
164                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
165           }
166
167   for (int d = 0; d < 16; ++d)
168   {
169       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
170       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
171   }
172 }
173
174
175 /// Search::clear() resets search state to its initial value
176
177 void Search::clear() {
178
179   Threads.main()->wait_for_search_finished();
180
181   Time.availableNodes = 0;
182   TT.clear();
183   Threads.clear();
184 }
185
186
187 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
188 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
189
190 void MainThread::search() {
191
192   if (Limits.perft)
193   {
194       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
195       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
196       return;
197   }
198
199   Color us = rootPos.side_to_move();
200   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
201   TT.new_search();
202
203   if (rootMoves.empty())
204   {
205       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
206       sync_cout << "info depth 0 score "
207                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
208                 << sync_endl;
209   }
210   else
211   {
212       for (Thread* th : Threads)
213           if (th != this)
214               th->start_searching();
215
216       Thread::search(); // Let's start searching!
217   }
218
219   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
220   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
221   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
222   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
223   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
224   Threads.stopOnPonderhit = true;
225
226   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
227   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
228
229   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
230   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
231   Threads.stop = true;
232
233   // Wait until all threads have finished
234   for (Thread* th : Threads)
235       if (th != this)
236           th->wait_for_search_finished();
237
238   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
239   // the available ones before exiting.
240   if (Limits.npmsec)
241       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
242
243   // Check if there are threads with a better score than main thread
244   Thread* bestThread = this;
245   if (    Options["MultiPV"] == 1
246       && !Limits.depth
247       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
248       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
249   {
250       for (Thread* th : Threads)
251       {
252           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
253           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
254
255           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
256           if (    scoreDiff > 0
257               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
258               bestThread = th;
259       }
260   }
261
262   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
263
264   // Send again PV info if we have a new best thread
265   if (bestThread != this)
266       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
267
268   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
269
270   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
271       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
272
273   std::cout << sync_endl;
274 }
275
276
277 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
278 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
279 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
280
281 void Thread::search() {
282
283   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
284   Value bestValue, alpha, beta, delta;
285   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
286   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
287   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
288   double timeReduction = 1.0;
289   Color us = rootPos.side_to_move();
290   bool failedLow;
291
292   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
293   for (int i = 4; i > 0; i--)
294      (ss-i)->continuationHistory = this->continuationHistory[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, 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 = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
313
314   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
315   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
316       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
317           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
318           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
319           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
320           : ct;
321
322   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
323   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
324                           : -make_score(ct, ct / 2));
325
326   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
327   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
328          && !Threads.stop
329          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
330   {
331       // Distribute search depths across the helper threads
332       if (idx > 0)
333       {
334           int i = (idx - 1) % 20;
335           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
336               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
337       }
338
339       // Age out PV variability metric
340       if (mainThread)
341           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
342
343       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
344       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
345       for (RootMove& rm : rootMoves)
346           rm.previousScore = rm.score;
347
348       size_t pvFirst = 0;
349       pvLast = 0;
350
351       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
352       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
353       {
354           if (pvIdx == pvLast)
355           {
356               pvFirst = pvLast;
357               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
358                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
359                       break;
360           }
361
362           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
363           selDepth = 0;
364
365           // Reset aspiration window starting size
366           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
367           {
368               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
369               delta = Value(18);
370               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
371               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
372
373               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
374               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
375
376               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
377                                       : -make_score(dct, dct / 2));
378           }
379
380           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
381           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
382           // high/low anymore.
383           while (true)
384           {
385               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
386
387               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
388               // is done with a stable algorithm because all the values but the
389               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
390               // and we want to keep the same order for all the moves except the
391               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
392               // search the already searched PV lines are preserved.
393               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
394
395               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
396               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
397               // the previous iteration.
398               if (Threads.stop)
399                   break;
400
401               // When failing high/low give some update (without cluttering
402               // the UI) before a re-search.
403               if (   mainThread
404                   && multiPV == 1
405                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
406                   && Time.elapsed() > 3000)
407                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
408
409               // In case of failing low/high increase aspiration window and
410               // re-search, otherwise exit the loop.
411               if (bestValue <= alpha)
412               {
413                   beta = (alpha + beta) / 2;
414                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
415
416                   if (mainThread)
417                   {
418                       failedLow = true;
419                       Threads.stopOnPonderhit = false;
420                   }
421               }
422               else if (bestValue >= beta)
423                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
424               else
425                   break;
426
427               delta += delta / 4 + 5;
428
429               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
430           }
431
432           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
433           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
434
435           if (    mainThread
436               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
437               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
438       }
439
440       if (!Threads.stop)
441           completedDepth = rootDepth;
442
443       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
444          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
445          lastBestMoveDepth = rootDepth;
446       }
447
448       // Have we found a "mate in x"?
449       if (   Limits.mate
450           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
451           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
452           Threads.stop = true;
453
454       if (!mainThread)
455           continue;
456
457       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
458       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
459           skill.pick_best(multiPV);
460
461       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
462       if (    Limits.use_time_management()
463           && !Threads.stop
464           && !Threads.stopOnPonderhit)
465           {
466               const int F[] = { failedLow,
467                                 bestValue - mainThread->previousScore };
468
469               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
470
471               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
472               timeReduction = 1.0;
473               for (int i : {3, 4, 5})
474                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
475                      timeReduction *= 1.25;
476
477               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
478               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
479               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
480
481               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
482               if (   rootMoves.size() == 1
483                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
484               {
485                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
486                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
487                   if (Threads.ponder)
488                       Threads.stopOnPonderhit = true;
489                   else
490                       Threads.stop = true;
491               }
492           }
493   }
494
495   if (!mainThread)
496       return;
497
498   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
499
500   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
501   if (skill.enabled())
502       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
503                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
504 }
505
506
507 namespace {
508
509   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
510
511   template <NodeType NT>
512   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
513
514     constexpr bool PvNode = NT == PV;
515     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
516
517     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
518     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
519     if (   pos.rule50_count() >= 3
520         && alpha < VALUE_DRAW
521         && !rootNode
522         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
523     {
524         alpha = VALUE_DRAW;
525         if (alpha >= beta)
526             return alpha;
527     }
528
529     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
530     if (depth < ONE_PLY)
531         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
532
533     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
534     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
535     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
536     assert(!(PvNode && cutNode));
537     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
538
539     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
540     StateInfo st;
541     TTEntry* tte;
542     Key posKey;
543     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
544     Depth extension, newDepth;
545     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
546     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
547     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
548     Piece movedPiece;
549     int moveCount, captureCount, quietCount;
550
551     // Step 1. Initialize node
552     Thread* thisThread = pos.this_thread();
553     inCheck = pos.checkers();
554     Color us = pos.side_to_move();
555     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
556     bestValue = -VALUE_INFINITE;
557     maxValue = VALUE_INFINITE;
558
559     // Check for the available remaining time
560     if (thisThread == Threads.main())
561         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
562
563     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
564     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
565         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
566
567     if (!rootNode)
568     {
569         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
570         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
571             || pos.is_draw(ss->ply)
572             || ss->ply >= MAX_PLY)
573             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
574
575         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
576         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
577         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
578         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
579         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
580         // mate. In this case return a fail-high score.
581         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
582         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
583         if (alpha >= beta)
584             return alpha;
585     }
586
587     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
588
589     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
590     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
591     ss->continuationHistory = thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0].get();
592     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
593     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
594
595     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
596     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
597     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
598     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
599     // LMR which are based on the statScore of parent position.
600     (ss+2)->statScore = 0;
601
602     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
603     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
604     // position key in case of an excluded move.
605     excludedMove = ss->excludedMove;
606     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
607     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
608     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
609     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
610             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
611
612     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
613     if (  !PvNode
614         && ttHit
615         && tte->depth() >= depth
616         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
617         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
618                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
619     {
620         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
621         if (ttMove)
622         {
623             if (ttValue >= beta)
624             {
625                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
626                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
627
628                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
629                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
630                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
631             }
632             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
633             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
634             {
635                 int penalty = -stat_bonus(depth);
636                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
637                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
638             }
639         }
640         return ttValue;
641     }
642
643     // Step 5. Tablebases probe
644     if (!rootNode && TB::Cardinality)
645     {
646         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
647
648         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
649             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
650             &&  pos.rule50_count() == 0
651             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
652         {
653             TB::ProbeState err;
654             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
655
656             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
657             {
658                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
659
660                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
661
662                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
663                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
664                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
665
666                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
667                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
668
669                 if (    b == BOUND_EXACT
670                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
671                 {
672                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
673                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
674                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
675
676                     return value;
677                 }
678
679                 if (PvNode)
680                 {
681                     if (b == BOUND_LOWER)
682                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
683                     else
684                         maxValue = value;
685                 }
686             }
687         }
688     }
689
690     // Step 6. Static evaluation of the position
691     if (inCheck)
692     {
693         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
694         improving = false;
695         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
696     }
697     else if (ttHit)
698     {
699         // Never assume anything on values stored in TT
700         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
701             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
702
703         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
704         if (    ttValue != VALUE_NONE
705             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
706             eval = ttValue;
707     }
708     else
709     {
710         ss->staticEval = eval =
711         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
712                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
713
714         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
715                   ss->staticEval);
716     }
717
718     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
719     if (  !PvNode
720         && depth < 3 * ONE_PLY
721         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
722     {
723         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
724         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
725         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
726             return v;
727     }
728
729     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
730                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
731
732     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
733     if (   !rootNode
734         &&  depth < 7 * ONE_PLY
735         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
736         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
737         return eval;
738
739     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
740     if (   !PvNode
741         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
742         && (ss-1)->statScore < 22500
743         &&  eval >= beta
744         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
745         && !excludedMove
746         &&  pos.non_pawn_material(us)
747         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
748     {
749         assert(eval - beta >= 0);
750
751         // Null move dynamic reduction based on depth and value
752         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
753
754         ss->currentMove = MOVE_NULL;
755         ss->continuationHistory = thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0].get();
756
757         pos.do_null_move(st);
758
759         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
760
761         pos.undo_null_move();
762
763         if (nullValue >= beta)
764         {
765             // Do not return unproven mate scores
766             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
767                 nullValue = beta;
768
769             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
770                 return nullValue;
771
772             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
773
774             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
775             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
776             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
777             thisThread->nmpColor = us;
778
779             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
780
781             thisThread->nmpMinPly = 0;
782
783             if (v >= beta)
784                 return nullValue;
785         }
786     }
787
788     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
789     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
790     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
791     if (   !PvNode
792         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
793         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
794     {
795         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
796         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
797         int probCutCount = 0;
798
799         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
800                && probCutCount < 3)
801             if (pos.legal(move))
802             {
803                 probCutCount++;
804
805                 ss->currentMove = move;
806                 ss->continuationHistory = thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
807
808                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
809
810                 pos.do_move(move, st);
811
812                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
813                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
814
815                 // If the qsearch held perform the regular search
816                 if (value >= rbeta)
817                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
818
819                 pos.undo_move(move);
820
821                 if (value >= rbeta)
822                     return value;
823             }
824     }
825
826     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
827     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
828         && !ttMove)
829     {
830         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
831
832         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
833         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
834         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
835     }
836
837 moves_loop: // When in check, search starts from here
838
839     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
840     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
841
842     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
843                                       &thisThread->captureHistory,
844                                       contHist,
845                                       countermove,
846                                       ss->killers);
847     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
848
849     skipQuiets = false;
850     ttCapture = false;
851     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
852
853     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
854     // or a beta cutoff occurs.
855     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
856     {
857       assert(is_ok(move));
858
859       if (move == excludedMove)
860           continue;
861
862       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
863       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
864       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
865       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
866       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
867                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
868           continue;
869
870       ss->moveCount = ++moveCount;
871
872       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
873           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
874                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
875                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
876       if (PvNode)
877           (ss+1)->pv = nullptr;
878
879       extension = DEPTH_ZERO;
880       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
881       movedPiece = pos.moved_piece(move);
882       givesCheck = gives_check(pos, move);
883
884       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
885                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
886
887       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
888
889       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
890       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
891       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
892       // a reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
893       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
894       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
895           &&  move == ttMove
896           && !rootNode
897           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
898           &&  ttValue != VALUE_NONE
899           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
900           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
901           &&  pos.legal(move))
902       {
903           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
904           ss->excludedMove = move;
905           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
906           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
907
908           if (value < rBeta)
909               extension = ONE_PLY;
910       }
911       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
912                && !moveCountPruning
913                &&  pos.see_ge(move))
914           extension = ONE_PLY;
915
916       // Calculate new depth for this move
917       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
918
919       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
920       if (  !rootNode
921           && pos.non_pawn_material(us)
922           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
923       {
924           if (   !captureOrPromotion
925               && !givesCheck
926               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
927           {
928               // Move count based pruning (~30 Elo)
929               if (moveCountPruning)
930               {
931                   skipQuiets = true;
932                   continue;
933               }
934
935               // Reduced depth of the next LMR search
936               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
937
938               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
939               if (   lmrDepth < 3
940                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
941                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
942                   continue;
943
944               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
945               if (   lmrDepth < 7
946                   && !inCheck
947                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
948                   continue;
949
950               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
951               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
952                   continue;
953           }
954           else if (   !extension // (~20 Elo)
955                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
956                   continue;
957       }
958
959       // Speculative prefetch as early as possible
960       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
961
962       // Check for legality just before making the move
963       if (!rootNode && !pos.legal(move))
964       {
965           ss->moveCount = --moveCount;
966           continue;
967       }
968
969       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
970           ttCapture = true;
971
972       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
973       ss->currentMove = move;
974       ss->continuationHistory = thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)].get();
975
976       // Step 15. Make the move
977       pos.do_move(move, st, givesCheck);
978
979       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
980       // re-searched at full depth.
981       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
982           &&  moveCount > 1
983           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
984       {
985           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
986
987           if (captureOrPromotion) // (~5 Elo)
988           {
989               // Decrease reduction by comparing opponent's stat score
990               if ((ss-1)->statScore < 0)
991                   r -= ONE_PLY;
992           }
993           else
994           {
995               // Decrease reduction if opponent's move count is high (~5 Elo)
996               if ((ss-1)->moveCount > 15)
997                   r -= ONE_PLY;
998
999               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1000               if (pvExact)
1001                   r -= ONE_PLY;
1002
1003               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1004               if (ttCapture)
1005                   r += ONE_PLY;
1006
1007               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1008               if (cutNode)
1009                   r += 2 * ONE_PLY;
1010
1011               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1012               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1013               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1014               else if (    type_of(move) == NORMAL
1015                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1016                   r -= 2 * ONE_PLY;
1017
1018               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1019                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1020                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1021                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1022                              - 4000;
1023
1024               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1025               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1026                   r -= ONE_PLY;
1027
1028               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1029                   r += ONE_PLY;
1030
1031               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1032               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1033           }
1034
1035           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1036
1037           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1038
1039           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1040       }
1041       else
1042           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1043
1044       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1045       if (doFullDepthSearch)
1046           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1047
1048       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1049       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1050       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1051       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1052       {
1053           (ss+1)->pv = pv;
1054           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1055
1056           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1057       }
1058
1059       // Step 18. Undo move
1060       pos.undo_move(move);
1061
1062       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1063
1064       // Step 19. Check for a new best move
1065       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1066       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1067       // updating best move, PV and TT.
1068       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1069           return VALUE_ZERO;
1070
1071       if (rootNode)
1072       {
1073           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1074                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1075
1076           // PV move or new best move?
1077           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1078           {
1079               rm.score = value;
1080               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1081               rm.pv.resize(1);
1082
1083               assert((ss+1)->pv);
1084
1085               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1086                   rm.pv.push_back(*m);
1087
1088               // We record how often the best move has been changed in each
1089               // iteration. This information is used for time management: When
1090               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1091               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1092                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1093           }
1094           else
1095               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1096               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1097               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1098               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1099       }
1100
1101       if (value > bestValue)
1102       {
1103           bestValue = value;
1104
1105           if (value > alpha)
1106           {
1107               bestMove = move;
1108
1109               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1110                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1111
1112               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1113                   alpha = value;
1114               else
1115               {
1116                   assert(value >= beta); // Fail high
1117                   ss->statScore = 0;
1118                   break;
1119               }
1120           }
1121       }
1122
1123       if (move != bestMove)
1124       {
1125           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1126               capturesSearched[captureCount++] = move;
1127
1128           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1129               quietsSearched[quietCount++] = move;
1130       }
1131     }
1132
1133     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1134     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1135     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1136     /*
1137        if (Threads.stop)
1138         return VALUE_DRAW;
1139     */
1140
1141     // Step 20. Check for mate and stalemate
1142     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1143     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1144     // return a fail low score.
1145
1146     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1147
1148     if (!moveCount)
1149         bestValue = excludedMove ? alpha
1150                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1151     else if (bestMove)
1152     {
1153         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1154         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1155             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1156                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1157
1158         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1159
1160         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1161         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1162             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1163     }
1164     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1165     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1166              && !pos.captured_piece()
1167              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1168         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1169
1170     if (PvNode)
1171         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1172
1173     if (!excludedMove)
1174         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1175                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1176                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1177                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1178
1179     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1180
1181     return bestValue;
1182   }
1183
1184
1185   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1186   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1187   template <NodeType NT>
1188   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1189
1190     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1191
1192     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1193     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1194     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1195     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1196
1197     Move pv[MAX_PLY+1];
1198     StateInfo st;
1199     TTEntry* tte;
1200     Key posKey;
1201     Move ttMove, move, bestMove;
1202     Depth ttDepth;
1203     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1204     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1205     int moveCount;
1206
1207     if (PvNode)
1208     {
1209         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1210         (ss+1)->pv = pv;
1211         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1212     }
1213
1214     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1215     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1216     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1217     ss->continuationHistory = thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0].get();
1218     inCheck = pos.checkers();
1219     moveCount = 0;
1220
1221     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1222     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1223         || ss->ply >= MAX_PLY)
1224         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1225
1226     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1227
1228     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1229     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1230     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1231     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1232                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1233     // Transposition table lookup
1234     posKey = pos.key();
1235     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1236     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1237     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1238
1239     if (  !PvNode
1240         && ttHit
1241         && tte->depth() >= ttDepth
1242         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1243         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1244                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1245         return ttValue;
1246
1247     // Evaluate the position statically
1248     if (inCheck)
1249     {
1250         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1251         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1252     }
1253     else
1254     {
1255         if (ttHit)
1256         {
1257             // Never assume anything on values stored in TT
1258             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1259                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1260
1261             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1262             if (    ttValue != VALUE_NONE
1263                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1264                 bestValue = ttValue;
1265         }
1266         else
1267             ss->staticEval = bestValue =
1268             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1269                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1270
1271         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1272         if (bestValue >= beta)
1273         {
1274             if (!ttHit)
1275                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1276                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1277
1278             return bestValue;
1279         }
1280
1281         if (PvNode && bestValue > alpha)
1282             alpha = bestValue;
1283
1284         futilityBase = bestValue + 128;
1285     }
1286
1287     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1288
1289     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1290     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1291     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1292     // be generated.
1293     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1294                                       &thisThread->captureHistory,
1295                                       contHist,
1296                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1297
1298     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1299     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1300     {
1301       assert(is_ok(move));
1302
1303       givesCheck = gives_check(pos, move);
1304
1305       moveCount++;
1306
1307       // Futility pruning
1308       if (   !inCheck
1309           && !givesCheck
1310           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1311           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1312       {
1313           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1314
1315           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1316
1317           if (futilityValue <= alpha)
1318           {
1319               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1320               continue;
1321           }
1322
1323           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1324           {
1325               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1326               continue;
1327           }
1328       }
1329
1330       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1331       evasionPrunable =    inCheck
1332                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1333                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1334                        && !pos.capture(move);
1335
1336       // Don't search moves with negative SEE values
1337       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1338           && !pos.see_ge(move))
1339           continue;
1340
1341       // Speculative prefetch as early as possible
1342       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1343
1344       // Check for legality just before making the move
1345       if (!pos.legal(move))
1346       {
1347           moveCount--;
1348           continue;
1349       }
1350
1351       ss->currentMove = move;
1352       ss->continuationHistory = thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)].get();
1353
1354       // Make and search the move
1355       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1356       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1357       pos.undo_move(move);
1358
1359       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1360
1361       // Check for a new best move
1362       if (value > bestValue)
1363       {
1364           bestValue = value;
1365
1366           if (value > alpha)
1367           {
1368               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1369                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1370
1371               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1372               {
1373                   alpha = value;
1374                   bestMove = move;
1375               }
1376               else // Fail high
1377               {
1378                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1379                             ttDepth, move, ss->staticEval);
1380
1381                   return value;
1382               }
1383           }
1384        }
1385     }
1386
1387     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1388     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1389     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1390         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1391
1392     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1393               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1394               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1395
1396     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1397
1398     return bestValue;
1399   }
1400
1401
1402   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1403   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1404   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1405
1406   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1407
1408     assert(v != VALUE_NONE);
1409
1410     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1411           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1412   }
1413
1414
1415   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1416   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1417   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1418
1419   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1420
1421     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1422           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1423           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1424   }
1425
1426
1427   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1428
1429   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1430
1431     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1432         *pv++ = *childPv++;
1433     *pv = MOVE_NONE;
1434   }
1435
1436
1437   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1438   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1439
1440   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1441
1442     for (int i : {1, 2, 4})
1443         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1444             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1445   }
1446
1447
1448   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1449
1450   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1451                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1452
1453       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1454       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1455       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1456
1457       if (pos.capture_or_promotion(move))
1458           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1459
1460       // Decrease all the other played capture moves
1461       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1462       {
1463           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1464           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1465           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1466       }
1467   }
1468
1469
1470   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1471
1472   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1473                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1474
1475     if (ss->killers[0] != move)
1476     {
1477         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1478         ss->killers[0] = move;
1479     }
1480
1481     Color us = pos.side_to_move();
1482     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1483     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1484     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1485
1486     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1487     {
1488         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1489         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1490     }
1491
1492     // Decrease all the other played quiet moves
1493     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1494     {
1495         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1496         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1497     }
1498   }
1499
1500   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1501   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1502
1503   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1504
1505     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1506     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1507
1508     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1509     Value topScore = rootMoves[0].score;
1510     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1511     int weakness = 120 - 2 * level;
1512     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1513
1514     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1515     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1516     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1517     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1518     {
1519         // This is our magic formula
1520         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1521                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1522
1523         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1524         {
1525             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1526             best = rootMoves[i].pv[0];
1527         }
1528     }
1529
1530     return best;
1531   }
1532
1533 } // namespace
1534
1535 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1536 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1537
1538 void MainThread::check_time() {
1539
1540   if (--callsCnt > 0)
1541       return;
1542
1543   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1544   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1545
1546   static TimePoint lastInfoTime = now();
1547
1548   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1549   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1550
1551   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1552   {
1553       lastInfoTime = tick;
1554       dbg_print();
1555   }
1556
1557   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1558   if (Threads.ponder)
1559       return;
1560
1561   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1562       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1563       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1564       Threads.stop = true;
1565 }
1566
1567
1568 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1569 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1570
1571 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1572
1573   std::stringstream ss;
1574   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1575   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1576   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1577   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1578   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1579   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1580
1581   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1582   {
1583       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1584
1585       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1586           continue;
1587
1588       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1589       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1590
1591       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1592       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1593
1594       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1595           ss << "\n";
1596
1597       ss << "info"
1598          << " depth "    << d / ONE_PLY
1599          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1600          << " multipv "  << i + 1
1601          << " score "    << UCI::value(v);
1602
1603       if (!tb && i == pvIdx)
1604           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1605
1606       ss << " nodes "    << nodesSearched
1607          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1608
1609       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1610           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1611
1612       ss << " tbhits "   << tbHits
1613          << " time "     << elapsed
1614          << " pv";
1615
1616       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1617           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1618   }
1619
1620   return ss.str();
1621 }
1622
1623
1624 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1625 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1626 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1627 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1628
1629 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1630
1631     StateInfo st;
1632     bool ttHit;
1633
1634     assert(pv.size() == 1);
1635
1636     if (!pv[0])
1637         return false;
1638
1639     pos.do_move(pv[0], st);
1640     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1641
1642     if (ttHit)
1643     {
1644         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1645         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1646             pv.push_back(m);
1647     }
1648
1649     pos.undo_move(pv[0]);
1650     return pv.size() > 1;
1651 }
1652
1653 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1654
1655     RootInTB = false;
1656     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1657     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1658     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1659     bool dtz_available = true;
1660
1661     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1662     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1663     if (Cardinality > MaxCardinality)
1664     {
1665         Cardinality = MaxCardinality;
1666         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1667     }
1668
1669     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1670     {
1671         // Rank moves using DTZ tables
1672         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1673
1674         if (!RootInTB)
1675         {
1676             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1677             dtz_available = false;
1678             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1679         }
1680     }
1681
1682     if (RootInTB)
1683     {
1684         // Sort moves according to TB rank
1685         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1686                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1687
1688         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1689         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1690             Cardinality = 0;
1691     }
1692     else
1693     {
1694         // Assign the same rank to all moves
1695         for (auto& m : rootMoves)
1696             m.tbRank = 0;
1697     }
1698 }