Clean-up some shifting in space calculation (#1955)
[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) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
86   }
87
88   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
89   // and to avoid 3fold-blindness.
90   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
91     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
92                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   template <NodeType NT>
107   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
108
109   template <NodeType NT>
110   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
111
112   Value value_to_tt(Value v, int ply);
113   Value value_from_tt(Value v, int ply);
114   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
115   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
116   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
117   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
118
119   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
120     Color us = pos.side_to_move();
121     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
122           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
123           : pos.gives_check(move);
124   }
125
126   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
127   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
128   template<bool Root>
129   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
130
131     StateInfo st;
132     uint64_t cnt, nodes = 0;
133     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
134
135     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
136     {
137         if (Root && depth <= ONE_PLY)
138             cnt = 1, nodes++;
139         else
140         {
141             pos.do_move(m, st);
142             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
143             nodes += cnt;
144             pos.undo_move(m);
145         }
146         if (Root)
147             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
148     }
149     return nodes;
150   }
151
152 } // namespace
153
154
155 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
156
157 void Search::init() {
158
159   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
160       for (int d = 1; d < 64; ++d)
161           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
162           {
163               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
164
165               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
166               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
167
168               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
169               if (!imp && r > 1.0)
170                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
171           }
172
173   for (int d = 0; d < 16; ++d)
174   {
175       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
176       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
177   }
178 }
179
180
181 /// Search::clear() resets search state to its initial value
182
183 void Search::clear() {
184
185   Threads.main()->wait_for_search_finished();
186
187   Time.availableNodes = 0;
188   TT.clear();
189   Threads.clear();
190   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
191 }
192
193
194 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
195 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
196
197 void MainThread::search() {
198
199   if (Limits.perft)
200   {
201       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
202       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
203       return;
204   }
205
206   Color us = rootPos.side_to_move();
207   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
208   TT.new_search();
209
210   if (rootMoves.empty())
211   {
212       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
213       sync_cout << "info depth 0 score "
214                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
215                 << sync_endl;
216   }
217   else
218   {
219       for (Thread* th : Threads)
220           if (th != this)
221               th->start_searching();
222
223       Thread::search(); // Let's start searching!
224   }
225
226   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
227   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
228   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
229   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
230   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
231   Threads.stopOnPonderhit = true;
232
233   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
234   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
235
236   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
237   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
238   Threads.stop = true;
239
240   // Wait until all threads have finished
241   for (Thread* th : Threads)
242       if (th != this)
243           th->wait_for_search_finished();
244
245   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
246   // the available ones before exiting.
247   if (Limits.npmsec)
248       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
249
250   // Check if there are threads with a better score than main thread
251   Thread* bestThread = this;
252   if (    Options["MultiPV"] == 1
253       && !Limits.depth
254       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
255       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
256   {
257       std::map<Move, int64_t> votes;
258       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
259
260       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
261       for (Thread* th: Threads)
262       {
263           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
264           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] = 0;
265       }
266
267       // Vote according to score and depth
268       auto square = [](int64_t x) { return x * x; };
269       for (Thread* th : Threads)
270           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + (square(th->rootMoves[0].score - minScore + 1)
271                                                   * int64_t(th->completedDepth));
272
273       // Select best thread
274       int64_t bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
275       for (Thread* th : Threads)
276       {
277           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
278           {
279               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
280               bestThread = th;
281           }
282       }
283   }
284
285   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
286
287   // Send again PV info if we have a new best thread
288   if (bestThread != this)
289       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
290
291   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
292
293   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
294       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
295
296   std::cout << sync_endl;
297 }
298
299
300 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
301 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
302 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
303
304 void Thread::search() {
305
306   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
307   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
308   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
309   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
310   Stack stack[MAX_PLY+8], *ss = stack+5;
311   Move  pv[MAX_PLY+1];
312   Value bestValue, alpha, beta, delta;
313   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
314   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
315   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
316   double timeReduction = 1.0;
317   Color us = rootPos.side_to_move();
318   bool failedLow;
319
320   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
321   for (int i = 5; i > 0; i--)
322      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
323   ss->pv = pv;
324
325   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
326   beta = VALUE_INFINITE;
327
328   if (mainThread)
329       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
330
331   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
332   Skill skill(Options["Skill Level"]);
333
334   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
335   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
336   if (skill.enabled())
337       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
338
339   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
340
341   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
342
343   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
344   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
345       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
346           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
347           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
348           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
349           : ct;
350
351   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
352   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
353                           : -make_score(ct, ct / 2));
354
355   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
356   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
357          && !Threads.stop
358          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
359   {
360       // Distribute search depths across the helper threads
361       if (idx > 0)
362       {
363           int i = (idx - 1) % 20;
364           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
365               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
366       }
367
368       // Age out PV variability metric
369       if (mainThread)
370           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
371
372       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
373       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
374       for (RootMove& rm : rootMoves)
375           rm.previousScore = rm.score;
376
377       size_t pvFirst = 0;
378       pvLast = 0;
379
380       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
381       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
382       {
383           if (pvIdx == pvLast)
384           {
385               pvFirst = pvLast;
386               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
387                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
388                       break;
389           }
390
391           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
392           selDepth = 0;
393
394           // Reset aspiration window starting size
395           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
396           {
397               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
398               delta = Value(20);
399               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
400               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
401
402               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
403               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
404
405               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
406                                       : -make_score(dct, dct / 2));
407           }
408
409           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
410           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
411           // high/low anymore.
412           int failedHighCnt = 0;
413           while (true)
414           {
415               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
416               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
417
418               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
419               // is done with a stable algorithm because all the values but the
420               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
421               // and we want to keep the same order for all the moves except the
422               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
423               // search the already searched PV lines are preserved.
424               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
425
426               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
427               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
428               // the previous iteration.
429               if (Threads.stop)
430                   break;
431
432               // When failing high/low give some update (without cluttering
433               // the UI) before a re-search.
434               if (   mainThread
435                   && multiPV == 1
436                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
437                   && Time.elapsed() > 3000)
438                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
439
440               // In case of failing low/high increase aspiration window and
441               // re-search, otherwise exit the loop.
442               if (bestValue <= alpha)
443               {
444                   beta = (alpha + beta) / 2;
445                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
446
447                   if (mainThread)
448                   {
449                       failedHighCnt = 0;
450                       failedLow = true;
451                       Threads.stopOnPonderhit = false;
452                   }
453               }
454               else if (bestValue >= beta)
455               {
456                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
457                   if (mainThread)
458                       ++failedHighCnt;
459               }
460               else
461                   break;
462
463               delta += delta / 4 + 5;
464
465               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
466           }
467
468           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
469           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
470
471           if (    mainThread
472               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
473               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
474       }
475
476       if (!Threads.stop)
477           completedDepth = rootDepth;
478
479       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
480          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
481          lastBestMoveDepth = rootDepth;
482       }
483
484       // Have we found a "mate in x"?
485       if (   Limits.mate
486           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
487           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
488           Threads.stop = true;
489
490       if (!mainThread)
491           continue;
492
493       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
494       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
495           skill.pick_best(multiPV);
496
497       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
498       if (    Limits.use_time_management()
499           && !Threads.stop
500           && !Threads.stopOnPonderhit)
501       {
502           double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
503           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
504
505           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
506           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
507
508           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
509           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
510           bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
511
512           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
513           if (   rootMoves.size() == 1
514               || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
515           {
516               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
517               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
518               if (Threads.ponder)
519                   Threads.stopOnPonderhit = true;
520               else
521                   Threads.stop = true;
522           }
523       }
524   }
525
526   if (!mainThread)
527       return;
528
529   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
530
531   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
532   if (skill.enabled())
533       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
534                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
535 }
536
537
538 namespace {
539
540   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
541
542   template <NodeType NT>
543   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
544
545     constexpr bool PvNode = NT == PV;
546     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
547
548     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
549     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
550     if (   pos.rule50_count() >= 3
551         && alpha < VALUE_DRAW
552         && !rootNode
553         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
554     {
555         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
556         if (alpha >= beta)
557             return alpha;
558     }
559
560     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
561     if (depth < ONE_PLY)
562         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
563
564     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
565     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
566     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
567     assert(!(PvNode && cutNode));
568     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
569
570     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
571     StateInfo st;
572     TTEntry* tte;
573     Key posKey;
574     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
575     Depth extension, newDepth;
576     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
577     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, improving;
578     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
579     Piece movedPiece;
580     int moveCount, captureCount, quietCount;
581
582     // Step 1. Initialize node
583     Thread* thisThread = pos.this_thread();
584     inCheck = pos.checkers();
585     Color us = pos.side_to_move();
586     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
587     bestValue = -VALUE_INFINITE;
588     maxValue = VALUE_INFINITE;
589
590     // Check for the available remaining time
591     if (thisThread == Threads.main())
592         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
593
594     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
595     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
596         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
597
598     if (!rootNode)
599     {
600         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
601         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
602             || pos.is_draw(ss->ply)
603             || ss->ply >= MAX_PLY)
604             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
605                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
606
607         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
608         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
609         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
610         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
611         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
612         // mate. In this case return a fail-high score.
613         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
614         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
615         if (alpha >= beta)
616             return alpha;
617     }
618
619     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
620
621     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
622     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
623     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
624     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
625     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
626
627     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
628     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
629     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
630     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
631     // LMR which are based on the statScore of parent position.
632     (ss+2)->statScore = 0;
633
634     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
635     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
636     // position key in case of an excluded move.
637     excludedMove = ss->excludedMove;
638     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
639     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
640     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
641     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
642             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
643     pvHit = ttHit && tte->pv_hit();
644
645     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
646     if (  !PvNode
647         && ttHit
648         && tte->depth() >= depth
649         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
650         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
651                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
652     {
653         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
654         if (ttMove)
655         {
656             if (ttValue >= beta)
657             {
658                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
659                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
660
661                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
662                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
663                      && !pos.captured_piece())
664                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
665             }
666             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
667             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
668             {
669                 int penalty = -stat_bonus(depth);
670                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
671                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
672             }
673         }
674         return ttValue;
675     }
676
677     if (   depth > 4 * ONE_PLY
678         && !excludedMove
679         && PvNode)
680         pvHit = true;
681
682     // Step 5. Tablebases probe
683     if (!rootNode && TB::Cardinality)
684     {
685         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
686
687         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
688             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
689             &&  pos.rule50_count() == 0
690             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
691         {
692             TB::ProbeState err;
693             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
694
695             // Force check of time on the next occasion
696             if (thisThread == Threads.main())
697                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
698
699             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
700             {
701                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
702
703                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
704
705                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
706                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
707                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
708
709                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
710                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
711
712                 if (    b == BOUND_EXACT
713                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
714                 {
715                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), pvHit, b,
716                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
717                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
718
719                     return value;
720                 }
721
722                 if (PvNode)
723                 {
724                     if (b == BOUND_LOWER)
725                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
726                     else
727                         maxValue = value;
728                 }
729             }
730         }
731     }
732
733     // Step 6. Static evaluation of the position
734     if (inCheck)
735     {
736         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
737         improving = false;
738         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
739     }
740     else if (ttHit)
741     {
742         // Never assume anything on values stored in TT
743         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
744         if (eval == VALUE_NONE)
745             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
746
747         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
748         if (    ttValue != VALUE_NONE
749             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
750             eval = ttValue;
751     }
752     else
753     {
754         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
755         {
756             int p = (ss-1)->statScore;
757             int bonus = p > 0 ? (-p - 2500) / 512 :
758                         p < 0 ? (-p + 2500) / 512 : 0;
759
760             pureStaticEval = evaluate(pos);
761             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
762         }
763         else
764             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
765
766         tte->save(posKey, VALUE_NONE, pvHit, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
767     }
768
769     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
770     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
771         &&  depth < 2 * ONE_PLY
772         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
773         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
774
775     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
776                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
777
778     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
779     if (   !PvNode
780         &&  depth < 7 * ONE_PLY
781         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
782         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
783         return eval;
784
785     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
786     if (   !PvNode
787         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
788         && (ss-1)->statScore < 23200
789         &&  eval >= beta
790         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
791         && !excludedMove
792         &&  pos.non_pawn_material(us)
793         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
794     {
795         assert(eval - beta >= 0);
796
797         // Null move dynamic reduction based on depth and value
798         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
799
800         ss->currentMove = MOVE_NULL;
801         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
802
803         pos.do_null_move(st);
804
805         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
806
807         pos.undo_null_move();
808
809         if (nullValue >= beta)
810         {
811             // Do not return unproven mate scores
812             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
813                 nullValue = beta;
814
815             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
816                 return nullValue;
817
818             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
819
820             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
821             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
822             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
823             thisThread->nmpColor = us;
824
825             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
826
827             thisThread->nmpMinPly = 0;
828
829             if (v >= beta)
830                 return nullValue;
831         }
832     }
833
834     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
835     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
836     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
837     if (   !PvNode
838         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
839         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
840     {
841         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
842         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
843         int probCutCount = 0;
844
845         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
846                && probCutCount < 3)
847             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
848             {
849                 probCutCount++;
850
851                 ss->currentMove = move;
852                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
853
854                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
855
856                 pos.do_move(move, st);
857
858                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
859                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
860
861                 // If the qsearch held perform the regular search
862                 if (value >= raisedBeta)
863                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
864
865                 pos.undo_move(move);
866
867                 if (value >= raisedBeta)
868                     return value;
869             }
870     }
871
872     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
873     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
874         && !ttMove)
875     {
876         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
877
878         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
879         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
880         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
881         pvHit = ttHit && tte->pv_hit();
882     }
883
884 moves_loop: // When in check, search starts from here
885
886     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
887     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
888
889     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
890                                       &thisThread->captureHistory,
891                                       contHist,
892                                       countermove,
893                                       ss->killers);
894     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
895
896     skipQuiets = false;
897     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
898
899     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
900     // or a beta cutoff occurs.
901     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
902     {
903       assert(is_ok(move));
904
905       if (move == excludedMove)
906           continue;
907
908       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
909       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
910       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
911       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
912       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
913                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
914           continue;
915
916       ss->moveCount = ++moveCount;
917
918       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
919           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
920                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
921                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
922       if (PvNode)
923           (ss+1)->pv = nullptr;
924
925       extension = DEPTH_ZERO;
926       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
927       movedPiece = pos.moved_piece(move);
928       givesCheck = gives_check(pos, move);
929
930       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
931                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
932
933       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
934
935       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
936       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
937       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
938       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
939       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
940       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
941           &&  move == ttMove
942           && !rootNode
943           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
944           &&  ttValue != VALUE_NONE
945           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
946           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
947           &&  pos.legal(move))
948       {
949           Value singularBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
950           ss->excludedMove = move;
951           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
952           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
953
954           if (value < singularBeta)
955               extension = ONE_PLY;
956
957           // Multi-cut pruning
958           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
959           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
960           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
961           // the hard beta bound.
962           else if (cutNode && singularBeta > beta)
963               return beta;
964       }
965       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
966                &&  pos.see_ge(move))
967           extension = ONE_PLY;
968
969       // Extension if castling
970       else if (type_of(move) == CASTLING)
971           extension = ONE_PLY;
972
973       // Calculate new depth for this move
974       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
975
976       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
977       if (  !rootNode
978           && pos.non_pawn_material(us)
979           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
980       {
981           if (   !captureOrPromotion
982               && !givesCheck
983               && !pos.advanced_pawn_push(move))
984           {
985               // Move count based pruning (~30 Elo)
986               if (moveCountPruning)
987               {
988                   skipQuiets = true;
989                   continue;
990               }
991
992               // Reduced depth of the next LMR search
993               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
994
995               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
996               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
997                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
998                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
999                   continue;
1000
1001               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
1002               if (   lmrDepth < 7
1003                   && !inCheck
1004                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
1005                   continue;
1006
1007               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
1008               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
1009                   continue;
1010           }
1011           else if (   !extension // (~20 Elo)
1012                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
1013                   continue;
1014       }
1015
1016       // Speculative prefetch as early as possible
1017       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1018
1019       // Check for legality just before making the move
1020       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1021       {
1022           ss->moveCount = --moveCount;
1023           continue;
1024       }
1025
1026       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1027       ss->currentMove = move;
1028       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1029
1030       // Step 15. Make the move
1031       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1032
1033       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1034       // re-searched at full depth.
1035       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1036           &&  moveCount > 1
1037           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1038       {
1039           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1040
1041           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1042           if (pvHit)
1043               r -= ONE_PLY;
1044
1045           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1046           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1047               r -= ONE_PLY;
1048
1049           if (!captureOrPromotion)
1050           {
1051               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1052               if (ttCapture)
1053                   r += ONE_PLY;
1054
1055               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1056               if (cutNode)
1057                   r += 2 * ONE_PLY;
1058
1059               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1060               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1061               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1062               else if (    type_of(move) == NORMAL
1063                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1064                   r -= 2 * ONE_PLY;
1065
1066               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1067                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1068                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1069                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1070                              - 4000;
1071
1072               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1073               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1074                   r -= ONE_PLY;
1075
1076               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1077                   r += ONE_PLY;
1078
1079               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1080               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1081           }
1082
1083           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1084
1085           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1086
1087           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1088       }
1089       else
1090           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1091
1092       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1093       if (doFullDepthSearch)
1094           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1095
1096       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1097       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1098       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1099       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1100       {
1101           (ss+1)->pv = pv;
1102           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1103
1104           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1105       }
1106
1107       // Step 18. Undo move
1108       pos.undo_move(move);
1109
1110       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1111
1112       // Step 19. Check for a new best move
1113       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1114       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1115       // updating best move, PV and TT.
1116       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1117           return VALUE_ZERO;
1118
1119       if (rootNode)
1120       {
1121           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1122                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1123
1124           // PV move or new best move?
1125           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1126           {
1127               rm.score = value;
1128               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1129               rm.pv.resize(1);
1130
1131               assert((ss+1)->pv);
1132
1133               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1134                   rm.pv.push_back(*m);
1135
1136               // We record how often the best move has been changed in each
1137               // iteration. This information is used for time management: When
1138               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1139               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1140                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1141           }
1142           else
1143               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1144               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1145               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1146               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1147       }
1148
1149       if (value > bestValue)
1150       {
1151           bestValue = value;
1152
1153           if (value > alpha)
1154           {
1155               bestMove = move;
1156
1157               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1158                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1159
1160               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1161                   alpha = value;
1162               else
1163               {
1164                   assert(value >= beta); // Fail high
1165                   ss->statScore = 0;
1166                   break;
1167               }
1168           }
1169       }
1170
1171       if (move != bestMove)
1172       {
1173           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1174               capturesSearched[captureCount++] = move;
1175
1176           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1177               quietsSearched[quietCount++] = move;
1178       }
1179     }
1180
1181     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1182     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1183     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1184     /*
1185        if (Threads.stop)
1186         return VALUE_DRAW;
1187     */
1188
1189     // Step 20. Check for mate and stalemate
1190     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1191     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1192     // return a fail low score.
1193
1194     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1195
1196     if (!moveCount)
1197         bestValue = excludedMove ? alpha
1198                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1199     else if (bestMove)
1200     {
1201         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1202         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1203             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1204                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1205
1206         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1207
1208         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1209         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1210             && !pos.captured_piece())
1211                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1212
1213     }
1214     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1215     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1216              && !pos.captured_piece())
1217         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1218
1219     if (PvNode)
1220         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1221
1222     if (!excludedMove)
1223         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1224                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1225                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1226                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1227
1228     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1229
1230     return bestValue;
1231   }
1232
1233
1234   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1235   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1236   template <NodeType NT>
1237   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1238
1239     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1240
1241     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1242     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1243     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1244     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1245
1246     Move pv[MAX_PLY+1];
1247     StateInfo st;
1248     TTEntry* tte;
1249     Key posKey;
1250     Move ttMove, move, bestMove;
1251     Depth ttDepth;
1252     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1253     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1254     int moveCount;
1255
1256     if (PvNode)
1257     {
1258         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1259         (ss+1)->pv = pv;
1260         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1261     }
1262
1263     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1264     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1265     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1266     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1267     inCheck = pos.checkers();
1268     moveCount = 0;
1269
1270     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1271     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1272         || ss->ply >= MAX_PLY)
1273         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1274
1275     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1276
1277     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1278     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1279     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1280     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1281                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1282     // Transposition table lookup
1283     posKey = pos.key();
1284     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1285     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1286     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1287     pvHit = ttHit && tte->pv_hit();
1288
1289     if (  !PvNode
1290         && ttHit
1291         && tte->depth() >= ttDepth
1292         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1293         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1294                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1295         return ttValue;
1296
1297     // Evaluate the position statically
1298     if (inCheck)
1299     {
1300         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1301         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1302     }
1303     else
1304     {
1305         if (ttHit)
1306         {
1307             // Never assume anything on values stored in TT
1308             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1309                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1310
1311             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1312             if (    ttValue != VALUE_NONE
1313                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1314                 bestValue = ttValue;
1315         }
1316         else
1317             ss->staticEval = bestValue =
1318             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1319                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1320
1321         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1322         if (bestValue >= beta)
1323         {
1324             if (!ttHit)
1325                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1326                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1327
1328             return bestValue;
1329         }
1330
1331         if (PvNode && bestValue > alpha)
1332             alpha = bestValue;
1333
1334         futilityBase = bestValue + 128;
1335     }
1336
1337     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1338
1339     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1340     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1341     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1342     // be generated.
1343     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1344                                       &thisThread->captureHistory,
1345                                       contHist,
1346                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1347
1348     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1349     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1350     {
1351       assert(is_ok(move));
1352
1353       givesCheck = gives_check(pos, move);
1354
1355       moveCount++;
1356
1357       // Futility pruning
1358       if (   !inCheck
1359           && !givesCheck
1360           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1361           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1362       {
1363           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1364
1365           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1366
1367           if (futilityValue <= alpha)
1368           {
1369               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1370               continue;
1371           }
1372
1373           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1374           {
1375               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1376               continue;
1377           }
1378       }
1379
1380       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1381       evasionPrunable =    inCheck
1382                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1383                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1384                        && !pos.capture(move);
1385
1386       // Don't search moves with negative SEE values
1387       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1388           && !pos.see_ge(move))
1389           continue;
1390
1391       // Speculative prefetch as early as possible
1392       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1393
1394       // Check for legality just before making the move
1395       if (!pos.legal(move))
1396       {
1397           moveCount--;
1398           continue;
1399       }
1400
1401       ss->currentMove = move;
1402       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1403
1404       // Make and search the move
1405       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1406       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1407       pos.undo_move(move);
1408
1409       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1410
1411       // Check for a new best move
1412       if (value > bestValue)
1413       {
1414           bestValue = value;
1415
1416           if (value > alpha)
1417           {
1418               bestMove = move;
1419
1420               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1421                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1422
1423               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1424                   alpha = value;
1425               else
1426                   break; // Fail high
1427           }
1428        }
1429     }
1430
1431     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1432     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1433     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1434         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1435
1436     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1437               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1438               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1439               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1440
1441     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1442
1443     return bestValue;
1444   }
1445
1446
1447   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1448   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1449   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1450
1451   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1452
1453     assert(v != VALUE_NONE);
1454
1455     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1456           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1457   }
1458
1459
1460   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1461   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1462   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1463
1464   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1465
1466     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1467           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1468           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1469   }
1470
1471
1472   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1473
1474   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1475
1476     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1477         *pv++ = *childPv++;
1478     *pv = MOVE_NONE;
1479   }
1480
1481
1482   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1483   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1484
1485   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1486
1487     for (int i : {1, 2, 4})
1488         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1489             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1490   }
1491
1492
1493   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1494
1495   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1496                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1497
1498       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1499       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1500       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1501
1502       if (pos.capture_or_promotion(move))
1503           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1504
1505       // Decrease all the other played capture moves
1506       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1507       {
1508           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1509           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1510           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1511       }
1512   }
1513
1514
1515   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1516
1517   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1518                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1519
1520     if (ss->killers[0] != move)
1521     {
1522         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1523         ss->killers[0] = move;
1524     }
1525
1526     Color us = pos.side_to_move();
1527     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1528     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1529     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1530
1531     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1532     {
1533         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1534         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1535     }
1536
1537     // Decrease all the other played quiet moves
1538     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1539     {
1540         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1541         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1542     }
1543   }
1544
1545   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1546   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1547
1548   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1549
1550     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1551     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1552
1553     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1554     Value topScore = rootMoves[0].score;
1555     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1556     int weakness = 120 - 2 * level;
1557     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1558
1559     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1560     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1561     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1562     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1563     {
1564         // This is our magic formula
1565         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1566                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1567
1568         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1569         {
1570             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1571             best = rootMoves[i].pv[0];
1572         }
1573     }
1574
1575     return best;
1576   }
1577
1578 } // namespace
1579
1580 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1581 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1582
1583 void MainThread::check_time() {
1584
1585   if (--callsCnt > 0)
1586       return;
1587
1588   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1589   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1590
1591   static TimePoint lastInfoTime = now();
1592
1593   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1594   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1595
1596   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1597   {
1598       lastInfoTime = tick;
1599       dbg_print();
1600   }
1601
1602   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1603   if (Threads.ponder)
1604       return;
1605
1606   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1607       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1608       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1609       Threads.stop = true;
1610 }
1611
1612
1613 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1614 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1615
1616 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1617
1618   std::stringstream ss;
1619   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1620   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1621   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1622   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1623   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1624   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1625
1626   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1627   {
1628       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1629
1630       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1631           continue;
1632
1633       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1634       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1635
1636       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1637       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1638
1639       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1640           ss << "\n";
1641
1642       ss << "info"
1643          << " depth "    << d / ONE_PLY
1644          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1645          << " multipv "  << i + 1
1646          << " score "    << UCI::value(v);
1647
1648       if (!tb && i == pvIdx)
1649           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1650
1651       ss << " nodes "    << nodesSearched
1652          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1653
1654       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1655           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1656
1657       ss << " tbhits "   << tbHits
1658          << " time "     << elapsed
1659          << " pv";
1660
1661       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1662           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1663   }
1664
1665   return ss.str();
1666 }
1667
1668
1669 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1670 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1671 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1672 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1673
1674 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1675
1676     StateInfo st;
1677     bool ttHit;
1678
1679     assert(pv.size() == 1);
1680
1681     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1682         return false;
1683
1684     pos.do_move(pv[0], st);
1685     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1686
1687     if (ttHit)
1688     {
1689         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1690         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1691             pv.push_back(m);
1692     }
1693
1694     pos.undo_move(pv[0]);
1695     return pv.size() > 1;
1696 }
1697
1698 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1699
1700     RootInTB = false;
1701     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1702     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1703     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1704     bool dtz_available = true;
1705
1706     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1707     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1708     if (Cardinality > MaxCardinality)
1709     {
1710         Cardinality = MaxCardinality;
1711         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1712     }
1713
1714     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1715     {
1716         // Rank moves using DTZ tables
1717         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1718
1719         if (!RootInTB)
1720         {
1721             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1722             dtz_available = false;
1723             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1724         }
1725     }
1726
1727     if (RootInTB)
1728     {
1729         // Sort moves according to TB rank
1730         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1731                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1732
1733         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1734         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1735             Cardinality = 0;
1736     }
1737     else
1738     {
1739         // Assign the same rank to all moves
1740         for (auto& m : rootMoves)
1741             m.tbRank = 0;
1742     }
1743 }