932aaf4dc1a579cbc9bf5f9a41d4a3124d7097ab
[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   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // History and stats update bonus, based on depth
79   Value stat_bonus(Depth depth) {
80     int d = depth / ONE_PLY ;
81     return Value(d * d + 2 * d - 2);
82   }
83
84   // Skill structure is used to implement strength limit
85   struct Skill {
86     Skill(int l) : level(l) {}
87     bool enabled() const { return level < 20; }
88     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
89     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
90     Move pick_best(size_t multiPV);
91
92     int level;
93     Move best = MOVE_NONE;
94   };
95
96   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
97   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
98   struct EasyMoveManager {
99
100     void clear() {
101       stableCnt = 0;
102       expectedPosKey = 0;
103       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
104     }
105
106     Move get(Key key) const {
107       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
108     }
109
110     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
111
112       assert(newPv.size() >= 3);
113
114       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
115       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
116
117       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
118       {
119           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
120
121           StateInfo st[2];
122           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
123           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
124           expectedPosKey = pos.key();
125           pos.undo_move(newPv[1]);
126           pos.undo_move(newPv[0]);
127       }
128     }
129
130     int stableCnt;
131     Key expectedPosKey;
132     Move pv[3];
133   };
134
135   EasyMoveManager EasyMove;
136   Value DrawValue[COLOR_NB];
137
138   template <NodeType NT>
139   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
140
141   template <NodeType NT, bool InCheck>
142   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
143
144   Value value_to_tt(Value v, int ply);
145   Value value_from_tt(Value v, int ply);
146   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
147   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
148   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
149   void check_time();
150
151 } // namespace
152
153
154 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
155
156 void Search::init() {
157
158   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
159       for (int d = 1; d < 64; ++d)
160           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
161           {
162               double r = log(d) * log(mc) / 2;
163
164               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
165               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
166
167               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
168               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
169                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
170           }
171
172   for (int d = 0; d < 16; ++d)
173   {
174       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
175       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
176   }
177 }
178
179
180 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
181
182 void Search::clear() {
183
184   TT.clear();
185
186   for (Thread* th : Threads)
187   {
188       th->counterMoves.clear();
189       th->history.clear();
190       th->counterMoveHistory.clear();
191       th->resetCalls = true;
192   }
193
194   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
195 }
196
197
198 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
199 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
200 template<bool Root>
201 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
202
203   StateInfo st;
204   uint64_t cnt, nodes = 0;
205   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
206
207   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
208   {
209       if (Root && depth <= ONE_PLY)
210           cnt = 1, nodes++;
211       else
212       {
213           pos.do_move(m, st);
214           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
215           nodes += cnt;
216           pos.undo_move(m);
217       }
218       if (Root)
219           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
220   }
221   return nodes;
222 }
223
224 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
225
226
227 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
228 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
229
230 void MainThread::search() {
231
232   Color us = rootPos.side_to_move();
233   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
234
235   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
236   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
237   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
238
239   if (rootMoves.empty())
240   {
241       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
242       sync_cout << "info depth 0 score "
243                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
244                 << sync_endl;
245   }
246   else
247   {
248       for (Thread* th : Threads)
249           if (th != this)
250               th->start_searching();
251
252       Thread::search(); // Let's start searching!
253   }
254
255   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
256   // the available ones before exiting.
257   if (Limits.npmsec)
258       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
259
260   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
261   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
262   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
263   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
264   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
265   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
266   {
267       Signals.stopOnPonderhit = true;
268       wait(Signals.stop);
269   }
270
271   // Stop the threads if not already stopped
272   Signals.stop = true;
273
274   // Wait until all threads have finished
275   for (Thread* th : Threads)
276       if (th != this)
277           th->wait_for_search_finished();
278
279   // Check if there are threads with a better score than main thread
280   Thread* bestThread = this;
281   if (   !this->easyMovePlayed
282       &&  Options["MultiPV"] == 1
283       && !Limits.depth
284       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
285       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
286   {
287       for (Thread* th : Threads)
288       {
289           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
290           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
291
292           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
293               bestThread = th;
294       }
295   }
296
297   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
298
299   // Send new PV when needed
300   if (bestThread != this)
301       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
302
303   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
304
305   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
306       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
307
308   std::cout << sync_endl;
309 }
310
311 // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads.
312 static int skipsize[20] = {1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4};
313 static int phase   [20] = {0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
314
315 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
316 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
317 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
318
319 void Thread::search() {
320
321   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
322   Value bestValue, alpha, beta, delta;
323   Move easyMove = MOVE_NONE;
324   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
325
326   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
327
328   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
329   beta = VALUE_INFINITE;
330   completedDepth = DEPTH_ZERO;
331
332   if (mainThread)
333   {
334       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
335       EasyMove.clear();
336       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
337       mainThread->bestMoveChanges = 0;
338       TT.new_search();
339   }
340
341   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
342   Skill skill(Options["Skill Level"]);
343
344   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
345   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
346   if (skill.enabled())
347       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
348
349   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
350
351   int hIdx = (idx - 1) % 20; // helper index, cycle after 20 threads
352
353   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
354   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
355          && !Signals.stop
356          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
357   {
358       // skip half of the plies in blocks depending on game ply and helper index.
359       if (idx && ((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + phase[hIdx]) / skipsize[hIdx]) % 2)
360           continue;
361
362       // Age out PV variability metric
363       if (mainThread)
364           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
365
366       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
367       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
368       for (RootMove& rm : rootMoves)
369           rm.previousScore = rm.score;
370
371       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
372       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
373       {
374           // Reset aspiration window starting size
375           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
376           {
377               delta = Value(18);
378               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
379               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
380           }
381
382           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
383           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
384           // high/low anymore.
385           while (true)
386           {
387               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
388
389               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
390               // is done with a stable algorithm because all the values but the
391               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
392               // and we want to keep the same order for all the moves except the
393               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
394               // search the already searched PV lines are preserved.
395               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
396
397               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
398               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
399               // valid, although it refers to the previous iteration.
400               if (Signals.stop)
401                   break;
402
403               // When failing high/low give some update (without cluttering
404               // the UI) before a re-search.
405               if (   mainThread
406                   && multiPV == 1
407                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
408                   && Time.elapsed() > 3000)
409                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
410
411               // In case of failing low/high increase aspiration window and
412               // re-search, otherwise exit the loop.
413               if (bestValue <= alpha)
414               {
415                   beta = (alpha + beta) / 2;
416                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
417
418                   if (mainThread)
419                   {
420                       mainThread->failedLow = true;
421                       Signals.stopOnPonderhit = false;
422                   }
423               }
424               else if (bestValue >= beta)
425               {
426                   alpha = (alpha + beta) / 2;
427                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
428               }
429               else
430                   break;
431
432               delta += delta / 4 + 5;
433
434               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
435           }
436
437           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
438           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
439
440           if (!mainThread)
441               continue;
442
443           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
444               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
445       }
446
447       if (!Signals.stop)
448           completedDepth = rootDepth;
449
450       if (!mainThread)
451           continue;
452
453       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
454       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
455           skill.pick_best(multiPV);
456
457       // Have we found a "mate in x"?
458       if (   Limits.mate
459           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
460           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
461           Signals.stop = true;
462
463       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
464       if (Limits.use_time_management())
465       {
466           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
467           {
468               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
469               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
470               // from the previous search and just did a fast verification.
471               const int F[] = { mainThread->failedLow,
472                                 bestValue - mainThread->previousScore };
473
474               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
475               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
476
477               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
478                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
479                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
480
481               if (   rootMoves.size() == 1
482                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
483                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
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 (Limits.ponder)
488                       Signals.stopOnPonderhit = true;
489                   else
490                       Signals.stop = true;
491               }
492           }
493
494           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
495               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
496           else
497               EasyMove.clear();
498       }
499   }
500
501   if (!mainThread)
502       return;
503
504   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
505   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
506   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
507       EasyMove.clear();
508
509   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
510   if (skill.enabled())
511       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
512                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
513 }
514
515
516 namespace {
517
518   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
519
520   template <NodeType NT>
521   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
522
523     const bool PvNode = NT == PV;
524     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
525
526     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
527     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
528     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
529     assert(!(PvNode && cutNode));
530     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
531
532     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
533     StateInfo st;
534     TTEntry* tte;
535     Key posKey;
536     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
537     Depth extension, newDepth;
538     Value bestValue, value, ttValue, eval;
539     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
540     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
541     Piece moved_piece;
542     int moveCount, quietCount;
543
544     // Step 1. Initialize node
545     Thread* thisThread = pos.this_thread();
546     inCheck = pos.checkers();
547     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
548     ss->history = VALUE_ZERO;
549     bestValue = -VALUE_INFINITE;
550     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
551
552     // Check for the available remaining time
553     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
554     {
555         thisThread->resetCalls = false;
556         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
557         // otherwise use a default value.
558         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
559                                             : 4096;
560     }
561
562     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
563     {
564         for (Thread* th : Threads)
565             th->resetCalls = true;
566
567         check_time();
568     }
569
570     // Used to send selDepth info to GUI
571     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
572         thisThread->maxPly = ss->ply;
573
574     if (!rootNode)
575     {
576         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
577         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
578             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
579                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
580
581         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
582         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
583         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
584         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
585         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
586         // mate. In this case return a fail-high score.
587         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
588         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
589         if (alpha >= beta)
590             return alpha;
591     }
592
593     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
594
595     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
596     ss->counterMoves = nullptr;
597     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
598     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
599
600     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
601     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
602     // position key in case of an excluded move.
603     excludedMove = ss->excludedMove;
604     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
605     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
606     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
607     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
608             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
609
610     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
611     if (  !PvNode
612         && ttHit
613         && tte->depth() >= depth
614         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
615         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
616                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
617     {
618         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
619         if (ttMove)
620         {
621             if (ttValue >= beta)
622             {
623                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
624                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
625
626                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
627                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
628                     update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
629             }
630             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
631             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
632             {
633                 Value penalty = -stat_bonus(depth + ONE_PLY);
634                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
635                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
636             }
637         }
638         return ttValue;
639     }
640
641     // Step 4a. Tablebase probe
642     if (!rootNode && TB::Cardinality)
643     {
644         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
645
646         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
647             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
648             &&  pos.rule50_count() == 0
649             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
650         {
651             TB::ProbeState err;
652             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
653
654             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
655             {
656                 thisThread->tbHits++;
657
658                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
659
660                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
661                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
662                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
663
664                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
665                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
666                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
667
668                 return value;
669             }
670         }
671     }
672
673     // Step 5. Evaluate the position statically
674     if (inCheck)
675     {
676         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
677         goto moves_loop;
678     }
679
680     else if (ttHit)
681     {
682         // Never assume anything on values stored in TT
683         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
684             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
685
686         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
687         if (ttValue != VALUE_NONE)
688             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
689                 eval = ttValue;
690     }
691     else
692     {
693         eval = ss->staticEval =
694         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
695                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
696
697         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
698                   ss->staticEval, TT.generation());
699     }
700
701     if (skipEarlyPruning)
702         goto moves_loop;
703
704     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
705     if (   !PvNode
706         &&  depth < 4 * ONE_PLY
707         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
708     {
709         if (depth <= ONE_PLY)
710             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
711
712         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
713         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
714         if (v <= ralpha)
715             return v;
716     }
717
718     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
719     if (   !rootNode
720         &&  depth < 7 * ONE_PLY
721         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
722         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
723         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
724         return eval;
725
726     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
727     if (   !PvNode
728         &&  eval >= beta
729         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
730         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
731     {
732         ss->currentMove = MOVE_NULL;
733         ss->counterMoves = nullptr;
734
735         assert(eval - beta >= 0);
736
737         // Null move dynamic reduction based on depth and value
738         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
739
740         pos.do_null_move(st);
741         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
742                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
743         pos.undo_null_move();
744
745         if (nullValue >= beta)
746         {
747             // Do not return unproven mate scores
748             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
749                 nullValue = beta;
750
751             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
752                 return nullValue;
753
754             // Do verification search at high depths
755             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
756                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
757
758             if (v >= beta)
759                 return nullValue;
760         }
761     }
762
763     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
764     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
765     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
766     if (   !PvNode
767         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
768         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
769     {
770         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
771         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
772
773         assert(rdepth >= ONE_PLY);
774         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
775         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
776
777         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
778
779         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
780             if (pos.legal(move))
781             {
782                 ss->currentMove = move;
783                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
784                 pos.do_move(move, st);
785                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
786                 pos.undo_move(move);
787                 if (value >= rbeta)
788                     return value;
789             }
790     }
791
792     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
793     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
794         && !ttMove
795         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
796     {
797         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
798         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
799
800         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
801         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
802     }
803
804 moves_loop: // When in check search starts from here
805
806     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
807     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
808     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
809
810     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
811     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
812     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
813             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
814                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
815
816     singularExtensionNode =   !rootNode
817                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
818                            &&  ttMove != MOVE_NONE
819                            &&  ttValue != VALUE_NONE
820                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
821                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
822                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
823
824     // Step 11. Loop through moves
825     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
826     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
827     {
828       assert(is_ok(move));
829
830       if (move == excludedMove)
831           continue;
832
833       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
834       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
835       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
836       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
837                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
838           continue;
839
840       ss->moveCount = ++moveCount;
841
842       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
843           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
844                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
845                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
846
847       if (PvNode)
848           (ss+1)->pv = nullptr;
849
850       extension = DEPTH_ZERO;
851       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
852       moved_piece = pos.moved_piece(move);
853
854       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
855                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
856                   : pos.gives_check(move);
857
858       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
859                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
860
861       // Step 12. Extensions
862       // Extend checks
863       if (    givesCheck
864           && !moveCountPruning
865           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
866           extension = ONE_PLY;
867
868       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
869       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
870       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
871       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
872       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
873       if (    singularExtensionNode
874           &&  move == ttMove
875           && !extension
876           &&  pos.legal(move))
877       {
878           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
879           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
880           ss->excludedMove = move;
881           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
882           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
883
884           if (value < rBeta)
885               extension = ONE_PLY;
886       }
887
888       // Calculate new depth for this move
889       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
890
891       // Step 13. Pruning at shallow depth
892       if (  !rootNode
893           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
894       {
895           if (   !captureOrPromotion
896               && !givesCheck
897               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK) >= 5000))
898           {
899               // Move count based pruning
900               if (moveCountPruning)
901                   continue;
902
903               // Reduced depth of the next LMR search
904               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
905
906               // Countermoves based pruning
907               if (   lmrDepth < 3
908                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
909                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
910                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
911                   continue;
912
913               // Futility pruning: parent node
914               if (   lmrDepth < 7
915                   && !inCheck
916                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
917                   continue;
918
919               // Prune moves with negative SEE
920               if (   lmrDepth < 8
921                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
922                   continue;
923           }
924           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
925                    && !extension
926                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
927                   continue;
928       }
929
930       // Speculative prefetch as early as possible
931       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
932
933       // Check for legality just before making the move
934       if (!rootNode && !pos.legal(move))
935       {
936           ss->moveCount = --moveCount;
937           continue;
938       }
939
940       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
941       ss->currentMove = move;
942       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
943
944       // Step 14. Make the move
945       pos.do_move(move, st, givesCheck);
946
947       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
948       // re-searched at full depth.
949       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
950           &&  moveCount > 1
951           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
952       {
953           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
954
955           if (captureOrPromotion)
956               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
957           else
958           {
959               // Increase reduction for cut nodes
960               if (cutNode)
961                   r += 2 * ONE_PLY;
962
963               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
964               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
965               // hence break make_move().
966               else if (   type_of(move) == NORMAL
967                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
968                   r -= 2 * ONE_PLY;
969
970               ss->history =  (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
971                            + (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
972                            + (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
973                            + thisThread->history.get(~pos.side_to_move(), move)
974                            - 4000; // Correction factor
975
976               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
977               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
978                   r -= ONE_PLY;
979
980               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
981                   r += ONE_PLY;
982
983               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
984               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
985           }
986
987           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
988
989           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
990
991           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
992       }
993       else
994           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
995
996       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
997       if (doFullDepthSearch)
998           value = newDepth <   ONE_PLY ?
999                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1000                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1001                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1002
1003       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1004       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1005       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1006       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1007       {
1008           (ss+1)->pv = pv;
1009           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1010
1011           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1012                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1013                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1014                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1015       }
1016
1017       // Step 17. Undo move
1018       pos.undo_move(move);
1019
1020       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1021
1022       // Step 18. Check for a new best move
1023       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1024       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1025       // updating best move, PV and TT.
1026       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1027           return VALUE_ZERO;
1028
1029       if (rootNode)
1030       {
1031           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1032                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1033
1034           // PV move or new best move ?
1035           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1036           {
1037               rm.score = value;
1038               rm.pv.resize(1);
1039
1040               assert((ss+1)->pv);
1041
1042               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1043                   rm.pv.push_back(*m);
1044
1045               // We record how often the best move has been changed in each
1046               // iteration. This information is used for time management: When
1047               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1048               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1049                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1050           }
1051           else
1052               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1053               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1054               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1055               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1056       }
1057
1058       if (value > bestValue)
1059       {
1060           bestValue = value;
1061
1062           if (value > alpha)
1063           {
1064               bestMove = move;
1065
1066               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1067                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1068
1069               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1070                   alpha = value;
1071               else
1072               {
1073                   assert(value >= beta); // Fail high
1074                   break;
1075               }
1076           }
1077       }
1078
1079       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1080           quietsSearched[quietCount++] = move;
1081     }
1082
1083     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1084     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1085     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1086     /*
1087        if (Signals.stop)
1088         return VALUE_DRAW;
1089     */
1090
1091     // Step 20. Check for mate and stalemate
1092     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1093     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1094     // return a fail low score.
1095
1096     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1097
1098     if (!moveCount)
1099         bestValue = excludedMove ? alpha
1100                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1101     else if (bestMove)
1102     {
1103
1104         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1105         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1106             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1107
1108         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1109         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1110             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1111     }
1112     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1113     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1114              && !pos.captured_piece()
1115              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1116         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1117
1118     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1119               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1120               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1121               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1122
1123     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1124
1125     return bestValue;
1126   }
1127
1128
1129   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1130   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1131
1132   template <NodeType NT, bool InCheck>
1133   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1134
1135     const bool PvNode = NT == PV;
1136
1137     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1138     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1139     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1140     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1141     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1142
1143     Move pv[MAX_PLY+1];
1144     StateInfo st;
1145     TTEntry* tte;
1146     Key posKey;
1147     Move ttMove, move, bestMove;
1148     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1149     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1150     Depth ttDepth;
1151
1152     if (PvNode)
1153     {
1154         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1155         (ss+1)->pv = pv;
1156         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1157     }
1158
1159     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1160     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1161
1162     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1163     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1164         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1165                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1166
1167     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1168
1169     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1170     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1171     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1172     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1173                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1174
1175     // Transposition table lookup
1176     posKey = pos.key();
1177     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1178     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1179     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1180
1181     if (  !PvNode
1182         && ttHit
1183         && tte->depth() >= ttDepth
1184         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1185         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1186                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1187         return ttValue;
1188
1189     // Evaluate the position statically
1190     if (InCheck)
1191     {
1192         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1193         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1194     }
1195     else
1196     {
1197         if (ttHit)
1198         {
1199             // Never assume anything on values stored in TT
1200             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1201                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1202
1203             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1204             if (ttValue != VALUE_NONE)
1205                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1206                     bestValue = ttValue;
1207         }
1208         else
1209             ss->staticEval = bestValue =
1210             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1211                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1212
1213         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1214         if (bestValue >= beta)
1215         {
1216             if (!ttHit)
1217                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1218                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1219
1220             return bestValue;
1221         }
1222
1223         if (PvNode && bestValue > alpha)
1224             alpha = bestValue;
1225
1226         futilityBase = bestValue + 128;
1227     }
1228
1229     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1230     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1231     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1232     // be generated.
1233     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1234
1235     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1236     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1237     {
1238       assert(is_ok(move));
1239
1240       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1241                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1242                   : pos.gives_check(move);
1243
1244       // Futility pruning
1245       if (   !InCheck
1246           && !givesCheck
1247           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1248           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1249       {
1250           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1251
1252           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1253
1254           if (futilityValue <= alpha)
1255           {
1256               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1257               continue;
1258           }
1259
1260           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1261           {
1262               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1263               continue;
1264           }
1265       }
1266
1267       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1268       evasionPrunable =    InCheck
1269                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1270                        && !pos.capture(move);
1271
1272       // Don't search moves with negative SEE values
1273       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1274           &&  type_of(move) != PROMOTION
1275           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1276           continue;
1277
1278       // Speculative prefetch as early as possible
1279       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1280
1281       // Check for legality just before making the move
1282       if (!pos.legal(move))
1283           continue;
1284
1285       ss->currentMove = move;
1286
1287       // Make and search the move
1288       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1289       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1290                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1291       pos.undo_move(move);
1292
1293       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1294
1295       // Check for a new best move
1296       if (value > bestValue)
1297       {
1298           bestValue = value;
1299
1300           if (value > alpha)
1301           {
1302               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1303                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1304
1305               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1306               {
1307                   alpha = value;
1308                   bestMove = move;
1309               }
1310               else // Fail high
1311               {
1312                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1313                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1314
1315                   return value;
1316               }
1317           }
1318        }
1319     }
1320
1321     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1322     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1323     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1324         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1325
1326     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1327               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1328               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1329
1330     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1331
1332     return bestValue;
1333   }
1334
1335
1336   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1337   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1338   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1339
1340   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1341
1342     assert(v != VALUE_NONE);
1343
1344     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1345           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1346   }
1347
1348
1349   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1350   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1351   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1352
1353   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1354
1355     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1356           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1357           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1358   }
1359
1360
1361   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1362
1363   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1364
1365     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1366         *pv++ = *childPv++;
1367     *pv = MOVE_NONE;
1368   }
1369
1370
1371   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1372
1373   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1374
1375     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1376     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1377     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1378
1379     if (cmh)
1380         cmh->update(pc, s, bonus);
1381
1382     if (fmh1)
1383         fmh1->update(pc, s, bonus);
1384
1385     if (fmh2)
1386         fmh2->update(pc, s, bonus);
1387   }
1388
1389
1390   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1391
1392   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1393                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1394
1395     if (ss->killers[0] != move)
1396     {
1397         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1398         ss->killers[0] = move;
1399     }
1400
1401     Color c = pos.side_to_move();
1402     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1403     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1404     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1405
1406     if ((ss-1)->counterMoves)
1407     {
1408         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1409         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1410     }
1411
1412     // Decrease all the other played quiet moves
1413     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1414     {
1415         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1416         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1417     }
1418   }
1419
1420
1421   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1422   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1423
1424   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1425
1426     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1427     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1428
1429     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1430     Value topScore = rootMoves[0].score;
1431     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1432     int weakness = 120 - 2 * level;
1433     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1434
1435     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1436     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1437     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1438     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1439     {
1440         // This is our magic formula
1441         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1442                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1443
1444         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1445         {
1446             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1447             best = rootMoves[i].pv[0];
1448         }
1449     }
1450
1451     return best;
1452   }
1453
1454
1455   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1456   // when we are out of available time and thus stop the search.
1457
1458   void check_time() {
1459
1460     static TimePoint lastInfoTime = now();
1461
1462     int elapsed = Time.elapsed();
1463     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1464
1465     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1466     {
1467         lastInfoTime = tick;
1468         dbg_print();
1469     }
1470
1471     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1472     if (Limits.ponder)
1473         return;
1474
1475     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1476         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1477         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1478             Signals.stop = true;
1479   }
1480
1481 } // namespace
1482
1483
1484 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1485 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1486
1487 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1488
1489   std::stringstream ss;
1490   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1491   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1492   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1493   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1494   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1495   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1496
1497   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1498   {
1499       bool updated = (i <= PVIdx);
1500
1501       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1502           continue;
1503
1504       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1505       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1506
1507       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1508       v = tb ? TB::Score : v;
1509
1510       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1511           ss << "\n";
1512
1513       ss << "info"
1514          << " depth "    << d / ONE_PLY
1515          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1516          << " multipv "  << i + 1
1517          << " score "    << UCI::value(v);
1518
1519       if (!tb && i == PVIdx)
1520           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1521
1522       ss << " nodes "    << nodesSearched
1523          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1524
1525       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1526           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1527
1528       ss << " tbhits "   << tbHits
1529          << " time "     << elapsed
1530          << " pv";
1531
1532       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1533           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1534   }
1535
1536   return ss.str();
1537 }
1538
1539
1540 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1541 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1542 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1543 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1544
1545 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1546
1547     StateInfo st;
1548     bool ttHit;
1549
1550     assert(pv.size() == 1);
1551
1552     if (!pv[0])
1553         return false;
1554
1555     pos.do_move(pv[0], st);
1556     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1557
1558     if (ttHit)
1559     {
1560         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1561         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1562             pv.push_back(m);
1563     }
1564
1565     pos.undo_move(pv[0]);
1566     return pv.size() > 1;
1567 }
1568
1569 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1570
1571     RootInTB = false;
1572     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1573     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1574     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1575
1576     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1577     if (Cardinality > MaxCardinality)
1578     {
1579         Cardinality = MaxCardinality;
1580         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1581     }
1582
1583     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1584         return;
1585
1586     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1587     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1588     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1589
1590     if (RootInTB)
1591         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1592
1593     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1594     {
1595         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1596         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1597
1598         // Only probe during search if winning
1599         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1600             Cardinality = 0;
1601     }
1602
1603     if (RootInTB && !UseRule50)
1604         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1605                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1606                                             :  VALUE_DRAW;
1607 }