Enhanced verify search (#1338)
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   template <NodeType NT>
100   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
101
102   template <NodeType NT, bool InCheck>
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_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   bool pv_is_draw(Position& pos);
112
113   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
114   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
115   template<bool Root>
116   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
117
118     StateInfo st;
119     uint64_t cnt, nodes = 0;
120     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
121
122     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
123     {
124         if (Root && depth <= ONE_PLY)
125             cnt = 1, nodes++;
126         else
127         {
128             pos.do_move(m, st);
129             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
130             nodes += cnt;
131             pos.undo_move(m);
132         }
133         if (Root)
134             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
135     }
136     return nodes;
137   }
138
139 } // namespace
140
141
142 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
143
144 void Search::init() {
145
146   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
147       for (int d = 1; d < 64; ++d)
148           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
149           {
150               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
151
152               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
153               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
154
155               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
156               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
157                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
158           }
159
160   for (int d = 0; d < 16; ++d)
161   {
162       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
163       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
164   }
165 }
166
167
168 /// Search::clear() resets search state to its initial value
169
170 void Search::clear() {
171
172   Threads.main()->wait_for_search_finished();
173
174   Time.availableNodes = 0;
175   TT.clear();
176
177   for (Thread* th : Threads)
178       th->clear();
179
180   Threads.main()->callsCnt = 0;
181   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
182   Threads.main()->previousTimeReduction = 1;
183 }
184
185
186 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
187 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
188
189 void MainThread::search() {
190
191   if (Limits.perft)
192   {
193       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
194       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
195       return;
196   }
197
198   Color us = rootPos.side_to_move();
199   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
200   TT.new_search();
201
202   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
203
204   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(contempt, contempt / 2)
205                                 : -make_score(contempt, contempt / 2));
206
207   if (rootMoves.empty())
208   {
209       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
210       sync_cout << "info depth 0 score "
211                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
212                 << sync_endl;
213   }
214   else
215   {
216       for (Thread* th : Threads)
217           if (th != this)
218               th->start_searching();
219
220       Thread::search(); // Let's start searching!
221   }
222
223   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
224   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
225   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
226   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
227   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
228   Threads.stopOnPonderhit = true;
229
230   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
231   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
232
233   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
234   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
235   Threads.stop = true;
236
237   // Wait until all threads have finished
238   for (Thread* th : Threads)
239       if (th != this)
240           th->wait_for_search_finished();
241
242   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
243   // the available ones before exiting.
244   if (Limits.npmsec)
245       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
246
247   // Check if there are threads with a better score than main thread
248   Thread* bestThread = this;
249   if (    Options["MultiPV"] == 1
250       && !Limits.depth
251       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
252       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
253   {
254       for (Thread* th : Threads)
255       {
256           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
257           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
258
259           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
260           if (    scoreDiff > 0
261               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
262               bestThread = th;
263       }
264   }
265
266   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
267
268   // Send new PV when needed
269   if (bestThread != this)
270       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
271
272   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
273
274   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
275       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
276
277   std::cout << sync_endl;
278 }
279
280
281 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
282 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
283 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
284
285 void Thread::search() {
286
287   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
288   Value bestValue, alpha, beta, delta;
289   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
290   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
291   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
292   double timeReduction = 1.0;
293
294   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
295   for (int i = 4; i > 0; i--)
296      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
297
298   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
299   beta = VALUE_INFINITE;
300
301   if (mainThread)
302   {
303       mainThread->failedLow = false;
304       mainThread->bestMoveChanges = 0;
305   }
306
307   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
308   Skill skill(Options["Skill Level"]);
309
310   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
311   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
312   if (skill.enabled())
313       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
314
315   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
316
317   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
318   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
319          && !Threads.stop
320          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
321   {
322       // Distribute search depths across the threads
323       if (idx)
324       {
325           int i = (idx - 1) % 20;
326           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
327               continue;
328       }
329
330       // Age out PV variability metric
331       if (mainThread)
332           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
333
334       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
335       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
336       for (RootMove& rm : rootMoves)
337           rm.previousScore = rm.score;
338
339       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
340       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
341       {
342           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
343           selDepth = 0;
344
345           // Reset aspiration window starting size
346           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
347           {
348               delta = Value(18);
349               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
350               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
351           }
352
353           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
354           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
355           // high/low anymore.
356           while (true)
357           {
358               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
359
360               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
361               // is done with a stable algorithm because all the values but the
362               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
363               // and we want to keep the same order for all the moves except the
364               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
365               // search the already searched PV lines are preserved.
366               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
367
368               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
369               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
370               // valid, although it refers to the previous iteration.
371               if (Threads.stop)
372                   break;
373
374               // When failing high/low give some update (without cluttering
375               // the UI) before a re-search.
376               if (   mainThread
377                   && multiPV == 1
378                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
379                   && Time.elapsed() > 3000)
380                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
381
382               // In case of failing low/high increase aspiration window and
383               // re-search, otherwise exit the loop.
384               if (bestValue <= alpha)
385               {
386                   beta = (alpha + beta) / 2;
387                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
388
389                   if (mainThread)
390                   {
391                       mainThread->failedLow = true;
392                       Threads.stopOnPonderhit = false;
393                   }
394               }
395               else if (bestValue >= beta)
396                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
397               else
398                   break;
399
400               delta += delta / 4 + 5;
401
402               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
403           }
404
405           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
406           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
407
408           if (    mainThread
409               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
410               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
411       }
412
413       if (!Threads.stop)
414           completedDepth = rootDepth;
415
416       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
417          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
418          lastBestMoveDepth = rootDepth;
419       }
420
421       // Have we found a "mate in x"?
422       if (   Limits.mate
423           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
424           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
425           Threads.stop = true;
426
427       if (!mainThread)
428           continue;
429
430       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
431       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
432           skill.pick_best(multiPV);
433
434       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
435       if (Limits.use_time_management())
436       {
437           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
438           {
439               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
440               // of the available time has been used
441               const int F[] = { mainThread->failedLow,
442                                 bestValue - mainThread->previousScore };
443               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
444
445               Color us = rootPos.side_to_move();
446               bool thinkHard =    bestValue == VALUE_DRAW
447                                && Limits.time[us] - Time.elapsed() > Limits.time[~us]
448                                && ::pv_is_draw(rootPos);
449
450               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges + thinkHard;
451
452               // if the bestMove is stable over several iterations, reduce time for this move,
453               // the longer the move has been stable, the more.
454               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move.
455               timeReduction = 1;
456               for (int i : {3, 4, 5})
457                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth && !thinkHard)
458                      timeReduction *= 1.3;
459               unstablePvFactor *=  std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.51) / timeReduction;
460
461               if (   rootMoves.size() == 1
462                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628)
463               {
464                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
465                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
466                   if (Threads.ponder)
467                       Threads.stopOnPonderhit = true;
468                   else
469                       Threads.stop = true;
470               }
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;
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     ss->statScore = 0;
520     bestValue = -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) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
534             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
535
536         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
537         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
538         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
539         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
540         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
541         // mate. In this case return a fail-high score.
542         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
543         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
544         if (alpha >= beta)
545             return alpha;
546     }
547
548     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
549
550     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
551     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
552     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
553     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
554     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
555
556     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
557     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
558     // position key in case of an excluded move.
559     excludedMove = ss->excludedMove;
560     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
561     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
562     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
563     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
564             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
565
566     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
567     if (  !PvNode
568         && ttHit
569         && tte->depth() >= depth
570         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
571         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
572                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
573     {
574         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
575         if (ttMove)
576         {
577             if (ttValue >= beta)
578             {
579                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
580                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
581
582                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
583                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
584                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
585             }
586             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
587             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
588             {
589                 int penalty = -stat_bonus(depth);
590                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
591                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
592             }
593         }
594         return ttValue;
595     }
596
597     // Step 4a. Tablebase probe
598     if (!rootNode && TB::Cardinality)
599     {
600         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
601
602         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
603             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
604             &&  pos.rule50_count() == 0
605             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
606         {
607             TB::ProbeState err;
608             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
609
610             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
611             {
612                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
613
614                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
615
616                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
617                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
618                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
619
620                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
621                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
622                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
623
624                 return value;
625             }
626         }
627     }
628
629     // Step 5. Evaluate the position statically
630     if (inCheck)
631     {
632         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
633         goto moves_loop;
634     }
635
636     else if (ttHit)
637     {
638         // Never assume anything on values stored in TT
639         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
640             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
641
642         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
643         if (   ttValue != VALUE_NONE
644             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
645             eval = ttValue;
646     }
647     else
648     {
649         eval = ss->staticEval =
650         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
651                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
652
653         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
654                   ss->staticEval, TT.generation());
655     }
656
657     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
658         goto moves_loop;
659
660     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
661     if (   !PvNode
662         &&  depth < 4 * ONE_PLY
663         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
664     {
665         if (depth <= ONE_PLY)
666             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
667
668         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
669         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
670         if (v <= ralpha)
671             return v;
672     }
673
674     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
675     if (   !rootNode
676         &&  depth < 7 * ONE_PLY
677         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
678         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN)  // Do not return unproven wins
679         return eval;
680
681     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
682     if (   !PvNode
683         &&  eval >= beta
684         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
685                 && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 == thisThread->pair))
686     {
687
688         assert(eval - beta >= 0);
689
690         // Null move dynamic reduction based on depth and value
691         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
692
693         ss->currentMove = MOVE_NULL;
694         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
695
696         pos.do_null_move(st);
697         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
698                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
699         pos.undo_null_move();
700
701         if (nullValue >= beta)
702         {
703             // Do not return unproven mate scores
704             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
705                 nullValue = beta;
706
707             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
708                 return nullValue;
709
710             // Do verification search at high depths
711             R += ONE_PLY;
712             // disable null move pruning for side to move for the first part of the remaining search tree
713             int nmp_ply = thisThread->nmp_ply;
714             int pair = thisThread->pair;
715             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
716             thisThread->pair = (ss->ply % 2) == 0;
717
718             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
719                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
720             thisThread->pair = pair;
721             thisThread->nmp_ply = nmp_ply;
722
723             if (v >= beta)
724                 return nullValue;
725         }
726     }
727
728     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
729     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
730     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
731     if (   !PvNode
732         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
733         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
734     {
735         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
736
737         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
738
739         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
740
741         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
742             if (pos.legal(move))
743             {
744                 ss->currentMove = move;
745                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
746
747                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
748                 pos.do_move(move, st);
749                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
750                 pos.undo_move(move);
751                 if (value >= rbeta)
752                     return value;
753             }
754     }
755
756     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
757     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
758         && !ttMove
759         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
760     {
761         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
762         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
763
764         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
765         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
766     }
767
768 moves_loop: // When in check search starts from here
769
770     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
771     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
772
773     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
774     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
775     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
776             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
777                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
778
779     singularExtensionNode =   !rootNode
780                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
781                            &&  ttMove != MOVE_NONE
782                            &&  ttValue != VALUE_NONE
783                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
784                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
785                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
786     skipQuiets = false;
787     ttCapture = false;
788     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
789
790     // Step 11. Loop through moves
791     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
792     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
793     {
794       assert(is_ok(move));
795
796       if (move == excludedMove)
797           continue;
798
799       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
800       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
801       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
802       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
803                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
804           continue;
805
806       ss->moveCount = ++moveCount;
807
808       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
809           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
810                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
811                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
812
813       if (PvNode)
814           (ss+1)->pv = nullptr;
815
816       extension = DEPTH_ZERO;
817       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
818       movedPiece = pos.moved_piece(move);
819
820       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
821                   ? pos.check_squares(type_of(movedPiece)) & to_sq(move)
822                   : pos.gives_check(move);
823
824       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
825                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
826
827       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
828
829       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
830       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
831       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
832       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
833       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
834       if (    singularExtensionNode
835           &&  move == ttMove
836           &&  pos.legal(move))
837       {
838           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
839           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
840           ss->excludedMove = move;
841           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
842           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
843
844           if (value < rBeta)
845               extension = ONE_PLY;
846       }
847       else if (    givesCheck
848                && !moveCountPruning
849                &&  pos.see_ge(move))
850           extension = ONE_PLY;
851
852       // Calculate new depth for this move
853       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
854
855       // Step 13. Pruning at shallow depth
856       if (  !rootNode
857           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
858           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
859       {
860           if (   !captureOrPromotion
861               && !givesCheck
862               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
863           {
864               // Move count based pruning
865               if (moveCountPruning)
866               {
867                   skipQuiets = true;
868                   continue;
869               }
870
871               // Reduced depth of the next LMR search
872               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
873
874               // Countermoves based pruning
875               if (   lmrDepth < 3
876                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
877                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
878                   continue;
879
880               // Futility pruning: parent node
881               if (   lmrDepth < 7
882                   && !inCheck
883                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
884                   continue;
885
886               // Prune moves with negative SEE
887               if (   lmrDepth < 8
888                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
889                   continue;
890           }
891           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
892                    && !extension
893                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
894                   continue;
895       }
896
897       // Speculative prefetch as early as possible
898       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
899
900       // Check for legality just before making the move
901       if (!rootNode && !pos.legal(move))
902       {
903           ss->moveCount = --moveCount;
904           continue;
905       }
906
907       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
908           ttCapture = true;
909
910       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
911       ss->currentMove = move;
912       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
913
914       // Step 14. Make the move
915       pos.do_move(move, st, givesCheck);
916
917       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
918       // re-searched at full depth.
919       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
920           &&  moveCount > 1
921           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
922       {
923           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
924
925           if (captureOrPromotion)
926               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
927           else
928           {
929               // Decrease reduction if opponent's move count is high
930               if ((ss-1)->moveCount > 15)
931                   r -= ONE_PLY;
932
933               // Decrease reduction for exact PV nodes
934               if (pvExact)
935                   r -= ONE_PLY;
936
937               // Increase reduction if ttMove is a capture
938               if (ttCapture)
939                   r += ONE_PLY;
940
941               // Increase reduction for cut nodes
942               if (cutNode)
943                   r += 2 * ONE_PLY;
944
945               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
946               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
947               // hence break make_move().
948               else if (    type_of(move) == NORMAL
949                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
950                   r -= 2 * ONE_PLY;
951
952               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
953                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
954                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
955                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
956                              - 4000;
957
958               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
959               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
960                   r -= ONE_PLY;
961
962               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
963                   r += ONE_PLY;
964
965               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
966               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
967           }
968
969           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
970
971           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
972
973           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
974       }
975       else
976           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
977
978       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
979       if (doFullDepthSearch)
980           value = newDepth <   ONE_PLY ?
981                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
982                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
983                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
984
985       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
986       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
987       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
988       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
989       {
990           (ss+1)->pv = pv;
991           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
992
993           value = newDepth <   ONE_PLY ?
994                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
995                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
996                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
997       }
998
999       // Step 17. Undo move
1000       pos.undo_move(move);
1001
1002       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1003
1004       // Step 18. Check for a new best move
1005       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1006       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1007       // updating best move, PV and TT.
1008       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1009           return VALUE_ZERO;
1010
1011       if (rootNode)
1012       {
1013           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1014                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1015
1016           // PV move or new best move ?
1017           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1018           {
1019               rm.score = value;
1020               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1021               rm.pv.resize(1);
1022
1023               assert((ss+1)->pv);
1024
1025               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1026                   rm.pv.push_back(*m);
1027
1028               // We record how often the best move has been changed in each
1029               // iteration. This information is used for time management: When
1030               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1031               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1032                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1033           }
1034           else
1035               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1036               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1037               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1038               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1039       }
1040
1041       if (value > bestValue)
1042       {
1043           bestValue = value;
1044
1045           if (value > alpha)
1046           {
1047               bestMove = move;
1048
1049               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1050                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1051
1052               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1053                   alpha = value;
1054               else
1055               {
1056                   assert(value >= beta); // Fail high
1057                   break;
1058               }
1059           }
1060       }
1061
1062       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1063           quietsSearched[quietCount++] = move;
1064       else if (captureOrPromotion && move != bestMove && captureCount < 32)
1065           capturesSearched[captureCount++] = move;
1066     }
1067
1068     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1069     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1070     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1071     /*
1072        if (Threads.stop)
1073         return VALUE_DRAW;
1074     */
1075
1076     // Step 20. Check for mate and stalemate
1077     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1078     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1079     // return a fail low score.
1080
1081     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1082
1083     if (!moveCount)
1084         bestValue = excludedMove ? alpha
1085                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1086     else if (bestMove)
1087     {
1088         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1089         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1090             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1091         else
1092             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1093
1094         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1095         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1096             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1097     }
1098     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1099     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1100              && !pos.captured_piece()
1101              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1102         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1103
1104     if (!excludedMove)
1105         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1106                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1107                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1108                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1109
1110     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1111
1112     return bestValue;
1113   }
1114
1115
1116   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1117   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1118
1119   template <NodeType NT, bool InCheck>
1120   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1121
1122     const bool PvNode = NT == PV;
1123
1124     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1125     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1126     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1127     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1128     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1129
1130     Move pv[MAX_PLY+1];
1131     StateInfo st;
1132     TTEntry* tte;
1133     Key posKey;
1134     Move ttMove, move, bestMove;
1135     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1136     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1137     Depth ttDepth;
1138     int moveCount;
1139
1140     if (PvNode)
1141     {
1142         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1143         (ss+1)->pv = pv;
1144         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1145     }
1146
1147     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1148     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1149     moveCount = 0;
1150
1151     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1152     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1153         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1154
1155     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1156
1157     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1158     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1159     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1160     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1161                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1162     // Transposition table lookup
1163     posKey = pos.key();
1164     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1165     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1166     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1167
1168     if (  !PvNode
1169         && ttHit
1170         && tte->depth() >= ttDepth
1171         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1172         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1173                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1174         return ttValue;
1175
1176     // Evaluate the position statically
1177     if (InCheck)
1178     {
1179         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1180         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1181     }
1182     else
1183     {
1184         if (ttHit)
1185         {
1186             // Never assume anything on values stored in TT
1187             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1188                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1189
1190             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1191             if (   ttValue != VALUE_NONE
1192                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1193                 bestValue = ttValue;
1194         }
1195         else
1196             ss->staticEval = bestValue =
1197             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1198                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1199
1200         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1201         if (bestValue >= beta)
1202         {
1203             if (!ttHit)
1204                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1205                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1206
1207             return bestValue;
1208         }
1209
1210         if (PvNode && bestValue > alpha)
1211             alpha = bestValue;
1212
1213         futilityBase = bestValue + 128;
1214     }
1215
1216     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1217     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1218     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1219     // be generated.
1220     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1221
1222     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1223     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1224     {
1225       assert(is_ok(move));
1226
1227       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1228                   ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
1229                   : pos.gives_check(move);
1230
1231       moveCount++;
1232
1233       // Futility pruning
1234       if (   !InCheck
1235           && !givesCheck
1236           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1237           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1238       {
1239           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1240
1241           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1242
1243           if (futilityValue <= alpha)
1244           {
1245               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1246               continue;
1247           }
1248
1249           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1250           {
1251               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1252               continue;
1253           }
1254       }
1255
1256       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1257       evasionPrunable =    InCheck
1258                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1259                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1260                        && !pos.capture(move);
1261
1262       // Don't search moves with negative SEE values
1263       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1264           &&  type_of(move) != PROMOTION
1265           &&  !pos.see_ge(move))
1266           continue;
1267
1268       // Speculative prefetch as early as possible
1269       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1270
1271       // Check for legality just before making the move
1272       if (!pos.legal(move))
1273       {
1274           moveCount--;
1275           continue;
1276       }
1277
1278       ss->currentMove = move;
1279
1280       // Make and search the move
1281       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1282       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1283                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1284       pos.undo_move(move);
1285
1286       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1287
1288       // Check for a new best move
1289       if (value > bestValue)
1290       {
1291           bestValue = value;
1292
1293           if (value > alpha)
1294           {
1295               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1296                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1297
1298               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1299               {
1300                   alpha = value;
1301                   bestMove = move;
1302               }
1303               else // Fail high
1304               {
1305                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1306                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1307
1308                   return value;
1309               }
1310           }
1311        }
1312     }
1313
1314     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1315     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1316     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1317         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1318
1319     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1320               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1321               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1322
1323     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1324
1325     return bestValue;
1326   }
1327
1328
1329   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1330   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1331   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1332
1333   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1334
1335     assert(v != VALUE_NONE);
1336
1337     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1338           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1339   }
1340
1341
1342   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1343   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1344   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1345
1346   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1347
1348     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1349           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1350           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1351   }
1352
1353
1354   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1355
1356   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1357
1358     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1359         *pv++ = *childPv++;
1360     *pv = MOVE_NONE;
1361   }
1362
1363
1364   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1365   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1366
1367   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1368
1369     for (int i : {1, 2, 4})
1370         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1371             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1372   }
1373
1374
1375   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1376
1377   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1378                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1379
1380       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1381       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1382       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1383       captureHistory.update(moved_piece, to_sq(move), captured, bonus);
1384
1385       // Decrease all the other played capture moves
1386       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1387       {
1388           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1389           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1390           captureHistory.update(moved_piece, to_sq(captures[i]), captured, -bonus);
1391       }
1392   }
1393
1394
1395   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1396
1397   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1398                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1399
1400     if (ss->killers[0] != move)
1401     {
1402         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1403         ss->killers[0] = move;
1404     }
1405
1406     Color c = pos.side_to_move();
1407     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1408     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1409     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1410
1411     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1412     {
1413         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1414         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1415     }
1416
1417     // Decrease all the other played quiet moves
1418     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1419     {
1420         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1421         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1422     }
1423   }
1424
1425
1426   // Is the PV leading to a draw position? Assumes all pv moves are legal
1427   bool pv_is_draw(Position& pos) {
1428
1429     StateInfo st[MAX_PLY];
1430     auto& pv = pos.this_thread()->rootMoves[0].pv;
1431
1432     for (size_t i = 0; i < pv.size(); ++i)
1433         pos.do_move(pv[i], st[i]);
1434
1435     bool isDraw = pos.is_draw(pv.size());
1436
1437     for (size_t i = pv.size(); i > 0; --i)
1438         pos.undo_move(pv[i-1]);
1439
1440     return isDraw;
1441   }
1442
1443
1444   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1445   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1446
1447   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1448
1449     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1450     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1451
1452     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1453     Value topScore = rootMoves[0].score;
1454     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1455     int weakness = 120 - 2 * level;
1456     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1457
1458     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1459     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1460     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1461     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1462     {
1463         // This is our magic formula
1464         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1465                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1466
1467         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1468         {
1469             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1470             best = rootMoves[i].pv[0];
1471         }
1472     }
1473
1474     return best;
1475   }
1476
1477 } // namespace
1478
1479   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1480   // when we are out of available time and thus stop the search.
1481
1482   void MainThread::check_time() {
1483
1484     if (--callsCnt > 0)
1485         return;
1486
1487     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1488     // otherwise use a default value.
1489     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1490
1491     static TimePoint lastInfoTime = now();
1492
1493     int elapsed = Time.elapsed();
1494     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1495
1496     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1497     {
1498         lastInfoTime = tick;
1499         dbg_print();
1500     }
1501
1502     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1503     if (Threads.ponder)
1504         return;
1505
1506     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1507         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1508         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1509             Threads.stop = true;
1510   }
1511
1512
1513 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1514 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1515
1516 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1517
1518   std::stringstream ss;
1519   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1520   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1521   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1522   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1523   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1524   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1525
1526   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1527   {
1528       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1529
1530       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1531           continue;
1532
1533       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1534       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1535
1536       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1537       v = tb ? TB::Score : v;
1538
1539       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1540           ss << "\n";
1541
1542       ss << "info"
1543          << " depth "    << d / ONE_PLY
1544          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1545          << " multipv "  << i + 1
1546          << " score "    << UCI::value(v);
1547
1548       if (!tb && i == PVIdx)
1549           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1550
1551       ss << " nodes "    << nodesSearched
1552          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1553
1554       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1555           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1556
1557       ss << " tbhits "   << tbHits
1558          << " time "     << elapsed
1559          << " pv";
1560
1561       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1562           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1563   }
1564
1565   return ss.str();
1566 }
1567
1568
1569 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1570 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1571 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1572 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1573
1574 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1575
1576     StateInfo st;
1577     bool ttHit;
1578
1579     assert(pv.size() == 1);
1580
1581     if (!pv[0])
1582         return false;
1583
1584     pos.do_move(pv[0], st);
1585     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1586
1587     if (ttHit)
1588     {
1589         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1590         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1591             pv.push_back(m);
1592     }
1593
1594     pos.undo_move(pv[0]);
1595     return pv.size() > 1;
1596 }
1597
1598 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1599
1600     RootInTB = false;
1601     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1602     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1603     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1604
1605     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1606     if (Cardinality > MaxCardinality)
1607     {
1608         Cardinality = MaxCardinality;
1609         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1610     }
1611
1612     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1613         return;
1614
1615     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1616     if (Options["MultiPV"] != 1)
1617         return;
1618
1619     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1620     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1621     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1622
1623     if (RootInTB)
1624         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1625
1626     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1627     {
1628         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1629         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1630
1631         // Only probe during search if winning
1632         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1633             Cardinality = 0;
1634     }
1635
1636     if (RootInTB && !UseRule50)
1637         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1638                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1639                                             :  VALUE_DRAW;
1640 }