995204f34aab2bf4cca090eb3e66c41f1c857c8a
[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) 2015-2016 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 "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "uci.h"
37 #include "syzygy/tbprobe.h"
38
39 namespace Search {
40
41   SignalsType Signals;
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   uint64_t Hits;
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(200 * d); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16];  // [improving][depth]
72   Depth 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, 63 * ONE_PLY)][std::min(mn, 63)];
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0], pos.gives_check(newPv[0], CheckInfo(pos)));
117           pos.do_move(newPv[1], st[1], pos.gives_check(newPv[1], CheckInfo(pos)));
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160   CounterMoveHistoryStats CounterMoveHistory;
161
162   template <NodeType NT>
163   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
164
165   template <NodeType NT, bool InCheck>
166   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
167
168   Value value_to_tt(Value v, int ply);
169   Value value_from_tt(Value v, int ply);
170   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
171   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt);
172   void check_time();
173
174 } // namespace
175
176
177 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
178
179 void Search::init() {
180
181   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
182       for (int d = 1; d < 64; ++d)
183           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
184           {
185               double r = log(d) * log(mc) / 2;
186               if (r < 0.80)
187                 continue;
188
189               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r)) * ONE_PLY;
190               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - ONE_PLY, DEPTH_ZERO);
191
192               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
193               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2 * ONE_PLY)
194                 Reductions[NonPV][imp][d][mc] += ONE_PLY;
195           }
196
197   for (int d = 0; d < 16; ++d)
198   {
199       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
200       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
201   }
202 }
203
204
205 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
206
207 void Search::clear() {
208
209   TT.clear();
210   CounterMoveHistory.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->history.clear();
215       th->counterMoves.clear();
216   }
217
218   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
219 }
220
221
222 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
223 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
224 template<bool Root>
225 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
226
227   StateInfo st;
228   uint64_t cnt, nodes = 0;
229   CheckInfo ci(pos);
230   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
231
232   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
233   {
234       if (Root && depth <= ONE_PLY)
235           cnt = 1, nodes++;
236       else
237       {
238           pos.do_move(m, st, pos.gives_check(m, ci));
239           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
240           nodes += cnt;
241           pos.undo_move(m);
242       }
243       if (Root)
244           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
245   }
246   return nodes;
247 }
248
249 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
250
251
252 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
253 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
254
255 void MainThread::search() {
256
257   Color us = rootPos.side_to_move();
258   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
259
260   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
261   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
262   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
263
264   if (rootMoves.empty())
265   {
266       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
267       sync_cout << "info depth 0 score "
268                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
269                 << sync_endl;
270   }
271   else
272   {
273       for (Thread* th : Threads)
274           if (th != this)
275               th->start_searching();
276
277       Thread::search(); // Let's start searching!
278   }
279
280   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
281   // the available ones before exiting.
282   if (Limits.npmsec)
283       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
284
285   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
286   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
287   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
288   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
289   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
290   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
291   {
292       Signals.stopOnPonderhit = true;
293       wait(Signals.stop);
294   }
295
296   // Stop the threads if not already stopped
297   Signals.stop = true;
298
299   // Wait until all threads have finished
300   for (Thread* th : Threads)
301       if (th != this)
302           th->wait_for_search_finished();
303
304   // Check if there are threads with a better score than main thread
305   Thread* bestThread = this;
306   if (   !this->easyMovePlayed
307       &&  Options["MultiPV"] == 1
308       && !Limits.depth
309       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
310       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
311   {
312       for (Thread* th : Threads)
313           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
314               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
315               bestThread = th;
316   }
317
318   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
319
320   // Send new PV when needed
321   if (bestThread != this)
322       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
323
324   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
325
326   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
327       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
328
329   std::cout << sync_endl;
330 }
331
332
333 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
334 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
335 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
336
337 void Thread::search() {
338
339   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+5; // To allow referencing (ss-5) and (ss+2)
340   Value bestValue, alpha, beta, delta;
341   Move easyMove = MOVE_NONE;
342   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
343
344   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
345
346   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
347   beta = VALUE_INFINITE;
348   completedDepth = DEPTH_ZERO;
349
350   if (mainThread)
351   {
352       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
353       EasyMove.clear();
354       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
355       mainThread->bestMoveChanges = 0;
356       TT.new_search();
357   }
358
359   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
360   Skill skill(Options["Skill Level"]);
361
362   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
363   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
364   if (skill.enabled())
365       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
366
367   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
368
369   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached.
370   while (++rootDepth < DEPTH_MAX && !Signals.stop && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth <= Limits.depth))
371   {
372       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
373       // 2nd ply (using a half-density matrix).
374       if (!mainThread)
375       {
376           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
377           if (row[(rootDepth + rootPos.game_ply()) % row.size()])
378              continue;
379       }
380
381       // Age out PV variability metric
382       if (mainThread)
383           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
384
385       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
386       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
387       for (RootMove& rm : rootMoves)
388           rm.previousScore = rm.score;
389
390       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
391       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
392       {
393           // Reset aspiration window starting size
394           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
395           {
396               delta = Value(18);
397               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
398               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
399           }
400
401           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
402           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
403           // high/low anymore.
404           while (true)
405           {
406               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
407
408               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
409               // is done with a stable algorithm because all the values but the
410               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
411               // and we want to keep the same order for all the moves except the
412               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
413               // search the already searched PV lines are preserved.
414               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
415
416               // Write PV back to the transposition table in case the relevant
417               // entries have been overwritten during the search.
418               for (size_t i = 0; i <= PVIdx; ++i)
419                   rootMoves[i].insert_pv_in_tt(rootPos);
420
421               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
422               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
423               // valid, although it refers to the previous iteration.
424               if (Signals.stop)
425                   break;
426
427               // When failing high/low give some update (without cluttering
428               // the UI) before a re-search.
429               if (   mainThread
430                   && multiPV == 1
431                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
432                   && Time.elapsed() > 3000)
433                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
434
435               // In case of failing low/high increase aspiration window and
436               // re-search, otherwise exit the loop.
437               if (bestValue <= alpha)
438               {
439                   beta = (alpha + beta) / 2;
440                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
441
442                   if (mainThread)
443                   {
444                       mainThread->failedLow = true;
445                       Signals.stopOnPonderhit = false;
446                   }
447               }
448               else if (bestValue >= beta)
449               {
450                   alpha = (alpha + beta) / 2;
451                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
452               }
453               else
454                   break;
455
456               delta += delta / 4 + 5;
457
458               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
459           }
460
461           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
462           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
463
464           if (!mainThread)
465               continue;
466
467           if (Signals.stop)
468               sync_cout << "info nodes " << Threads.nodes_searched()
469                         << " time " << Time.elapsed() << sync_endl;
470
471           else if (PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
472               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
473       }
474
475       if (!Signals.stop)
476           completedDepth = rootDepth;
477
478       if (!mainThread)
479           continue;
480
481       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
482       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
483           skill.pick_best(multiPV);
484
485       // Have we found a "mate in x"?
486       if (   Limits.mate
487           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
488           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
489           Signals.stop = true;
490
491       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
492       if (Limits.use_time_management())
493       {
494           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
495           {
496               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
497               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
498               // from the previous search and just did a fast verification.
499               const int F[] = { mainThread->failedLow,
500                                 bestValue - mainThread->previousScore };
501
502               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
503               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
504
505               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
506                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
507                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
508
509               if (   rootMoves.size() == 1
510                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
511                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove))
512               {
513                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
514                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
515                   if (Limits.ponder)
516                       Signals.stopOnPonderhit = true;
517                   else
518                       Signals.stop = true;
519               }
520           }
521
522           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
523               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
524           else
525               EasyMove.clear();
526       }
527   }
528
529   if (!mainThread)
530       return;
531
532   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
533   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
534   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
535       EasyMove.clear();
536
537   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
538   if (skill.enabled())
539       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
540                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
541 }
542
543
544 namespace {
545
546   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
547
548   template <NodeType NT>
549   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
550
551     const bool PvNode = NT == PV;
552     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
553
554     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
555     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
556     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
557
558     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
559     StateInfo st;
560     TTEntry* tte;
561     Key posKey;
562     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
563     Depth extension, newDepth, predictedDepth;
564     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
565     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
566     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
567     Piece moved_piece;
568     int moveCount, quietCount;
569
570     // Step 1. Initialize node
571     Thread* thisThread = pos.this_thread();
572     inCheck = pos.checkers();
573     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
574     bestValue = -VALUE_INFINITE;
575     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
576
577     // Check for the available remaining time
578     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
579     {
580         thisThread->resetCalls = false;
581         thisThread->callsCnt = 0;
582     }
583     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
584     {
585         for (Thread* th : Threads)
586             th->resetCalls = true;
587
588         check_time();
589     }
590
591     // Used to send selDepth info to GUI
592     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
593         thisThread->maxPly = ss->ply;
594
595     if (!rootNode)
596     {
597         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
598         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
599             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
600                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
601
602         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
603         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
604         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
605         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
606         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
607         // mate. In this case return a fail-high score.
608         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
609         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
610         if (alpha >= beta)
611             return alpha;
612     }
613
614     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
615
616     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
617     ss->counterMoves = nullptr;
618     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
619     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
620
621     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
622     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
623     // position key in case of an excluded move.
624     excludedMove = ss->excludedMove;
625     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
626     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
627     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
628     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
629             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
630
631     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
632     if (  !PvNode
633         && ttHit
634         && tte->depth() >= depth
635         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
636         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
637                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
638     {
639         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
640
641         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
642         if (ttValue >= beta && ttMove && !pos.capture_or_promotion(ttMove))
643             update_stats(pos, ss, ttMove, depth, nullptr, 0);
644
645         return ttValue;
646     }
647
648     // Step 4a. Tablebase probe
649     if (!rootNode && TB::Cardinality)
650     {
651         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
652
653         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
654             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
655             &&  pos.rule50_count() == 0
656             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
657         {
658             int found, v = Tablebases::probe_wdl(pos, &found);
659
660             if (found)
661             {
662                 TB::Hits++;
663
664                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
665
666                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
667                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
668                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
669
670                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
671                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
672                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
673
674                 return value;
675             }
676         }
677     }
678
679     // Step 5. Evaluate the position statically
680     if (inCheck)
681     {
682         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
683         goto moves_loop;
684     }
685
686     else if (ttHit)
687     {
688         // Never assume anything on values stored in TT
689         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
690             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
691
692         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
693         if (ttValue != VALUE_NONE)
694             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
695                 eval = ttValue;
696     }
697     else
698     {
699         eval = ss->staticEval =
700         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
701                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
702
703         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
704                   ss->staticEval, TT.generation());
705     }
706
707     if (ss->skipEarlyPruning)
708         goto moves_loop;
709
710     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
711     if (   !PvNode
712         &&  depth < 4 * ONE_PLY
713         &&  eval + razor_margin[depth] <= alpha
714         &&  ttMove == MOVE_NONE)
715     {
716         if (   depth <= ONE_PLY
717             && eval + razor_margin[3 * ONE_PLY] <= alpha)
718             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
719
720         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth];
721         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
722         if (v <= ralpha)
723             return v;
724     }
725
726     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
727     if (   !rootNode
728         &&  depth < 7 * ONE_PLY
729         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
730         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
731         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
732         return eval - futility_margin(depth);
733
734     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
735     if (   !PvNode
736         &&  depth >= 2 * ONE_PLY
737         &&  eval >= beta
738         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
739     {
740         ss->currentMove = MOVE_NULL;
741         ss->counterMoves = nullptr;
742
743         assert(eval - beta >= 0);
744
745         // Null move dynamic reduction based on depth and value
746         Depth R = ((823 + 67 * depth) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
747
748         pos.do_null_move(st);
749         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
750         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
751                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
752         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
753         pos.undo_null_move();
754
755         if (nullValue >= beta)
756         {
757             // Do not return unproven mate scores
758             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
759                 nullValue = beta;
760
761             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
762                 return nullValue;
763
764             // Do verification search at high depths
765             ss->skipEarlyPruning = true;
766             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
767                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
768             ss->skipEarlyPruning = false;
769
770             if (v >= beta)
771                 return nullValue;
772         }
773     }
774
775     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
776     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
777     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost)
778     // safely prune the previous move.
779     if (   !PvNode
780         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
781         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
782     {
783         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
784         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
785
786         assert(rdepth >= ONE_PLY);
787         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
788         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
789
790         MovePicker mp(pos, ttMove, PieceValue[MG][pos.captured_piece_type()]);
791         CheckInfo ci(pos);
792
793         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
794             if (pos.legal(move, ci.pinned))
795             {
796                 ss->currentMove = move;
797                 ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
798                 pos.do_move(move, st, pos.gives_check(move, ci));
799                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
800                 pos.undo_move(move);
801                 if (value >= rbeta)
802                     return value;
803             }
804     }
805
806     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
807     if (    depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
808         && !ttMove
809         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
810     {
811         Depth d = depth - 2 * ONE_PLY - (PvNode ? DEPTH_ZERO : depth / 4);
812         ss->skipEarlyPruning = true;
813         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, true);
814         ss->skipEarlyPruning = false;
815
816         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
817         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
818     }
819
820 moves_loop: // When in check search starts from here
821
822     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
823     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
824     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
825     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
826
827     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
828     CheckInfo ci(pos);
829     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
830     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
831                || ss->staticEval == VALUE_NONE
832                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
833
834     singularExtensionNode =   !rootNode
835                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
836                            &&  ttMove != MOVE_NONE
837                        /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
838                            &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
839                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
840                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
841                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
842
843     // Step 11. Loop through moves
844     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
845     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
846     {
847       assert(is_ok(move));
848
849       if (move == excludedMove)
850           continue;
851
852       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
853       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
854       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
855       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
856                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
857           continue;
858
859       ss->moveCount = ++moveCount;
860
861       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
862           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
863                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
864                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
865
866       if (PvNode)
867           (ss+1)->pv = nullptr;
868
869       extension = DEPTH_ZERO;
870       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
871       moved_piece = pos.moved_piece(move);
872
873       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
874                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
875                   : pos.gives_check(move, ci);
876
877       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
878                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth];
879
880       // Step 12. Extend checks
881       if (   givesCheck
882           && (    moveCount == 1
883               || (!moveCountPruning && pos.see_sign(move) >= VALUE_ZERO)))
884           extension = ONE_PLY;
885
886       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
887       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
888       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
889       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
890       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
891       if (    singularExtensionNode
892           &&  move == ttMove
893           && !extension
894           &&  pos.legal(move, ci.pinned))
895       {
896           Value rBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
897           ss->excludedMove = move;
898           ss->skipEarlyPruning = true;
899           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
900           ss->skipEarlyPruning = false;
901           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
902
903           if (value < rBeta)
904               extension = ONE_PLY;
905       }
906
907       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
908       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
909
910       // Step 13. Pruning at shallow depth
911       if (   !rootNode
912           && !captureOrPromotion
913           && !inCheck
914           && !givesCheck
915           && !pos.advanced_pawn_push(move)
916           &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
917       {
918           // Move count based pruning
919           if (moveCountPruning)
920               continue;
921
922           // Countermoves based pruning
923           if (   depth <= 4 * ONE_PLY
924               && move != ss->killers[0]
925               && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
926               && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
927               && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
928               continue;
929
930           predictedDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO);
931
932           // Futility pruning: parent node
933           if (   predictedDepth < 7 * ONE_PLY
934               && ss->staticEval + futility_margin(predictedDepth) + 256 <= alpha)
935               continue;
936
937           // Prune moves with negative SEE at low depths
938           if (predictedDepth < 4 * ONE_PLY && pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
939               continue;
940       }
941
942       // Speculative prefetch as early as possible
943       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
944
945       // Check for legality just before making the move
946       if (!rootNode && !pos.legal(move, ci.pinned))
947       {
948           ss->moveCount = --moveCount;
949           continue;
950       }
951
952       ss->currentMove = move;
953       ss->counterMoves = &CounterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
954
955       // Step 14. Make the move
956       pos.do_move(move, st, givesCheck);
957
958       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
959       // re-searched at full depth.
960       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
961           &&  moveCount > 1
962           && !captureOrPromotion)
963       {
964           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
965           Value val = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
966                      +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
967                      +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
968                      +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO);
969
970           // Increase reduction for cut nodes
971           if (!PvNode && cutNode)
972               r += 2 * ONE_PLY;
973
974           // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
975           // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
976           // hence break make_move(). Also use see() instead of see_sign(),
977           // because the destination square is empty.
978           else if (   type_of(move) == NORMAL
979                    && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
980                    && pos.see(make_move(to_sq(move), from_sq(move))) < VALUE_ZERO)
981               r -= 2 * ONE_PLY;
982
983           // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
984           int rHist = (val - 10000) / 20000;
985           r = std::max(DEPTH_ZERO, r - rHist * ONE_PLY);
986
987           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
988
989           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
990
991           doFullDepthSearch = (value > alpha && r != DEPTH_ZERO);
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, DEPTH_ZERO)
1000                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1001                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
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, DEPTH_ZERO)
1013                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1014                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, 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               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1065               if (    PvNode
1066                   &&  thisThread == Threads.main()
1067                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1068                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1069                   EasyMove.clear();
1070
1071               bestMove = move;
1072
1073               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1074                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1075
1076               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1077                   alpha = value;
1078               else
1079               {
1080                   assert(value >= beta); // Fail high
1081                   break;
1082               }
1083           }
1084       }
1085
1086       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1087           quietsSearched[quietCount++] = move;
1088     }
1089
1090     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1091     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1092     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1093     /*
1094        if (Signals.stop)
1095         return VALUE_DRAW;
1096     */
1097
1098     // Step 20. Check for mate and stalemate
1099     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1100     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1101     // return a fail low score.
1102     if (!moveCount)
1103         bestValue = excludedMove ? alpha
1104                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1105
1106     // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1107     else if (bestMove && !pos.capture_or_promotion(bestMove))
1108         update_stats(pos, ss, bestMove, depth, quietsSearched, quietCount);
1109
1110     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1111     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1112              && !bestMove
1113              && !inCheck
1114              && !pos.captured_piece_type()
1115              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1116     {
1117         Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + 2 * depth / ONE_PLY - 2);
1118         if ((ss-2)->counterMoves)
1119             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1120
1121         if ((ss-3)->counterMoves)
1122             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1123
1124         if ((ss-5)->counterMoves)
1125             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1126     }
1127
1128     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1129               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1130               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1131               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1132
1133     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1134
1135     return bestValue;
1136   }
1137
1138
1139   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1140   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1141   // less than ONE_PLY).
1142
1143   template <NodeType NT, bool InCheck>
1144   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1145
1146     const bool PvNode = NT == PV;
1147
1148     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1149     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1150     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1151     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1152
1153     Move pv[MAX_PLY+1];
1154     StateInfo st;
1155     TTEntry* tte;
1156     Key posKey;
1157     Move ttMove, move, bestMove;
1158     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1159     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1160     Depth ttDepth;
1161
1162     if (PvNode)
1163     {
1164         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1165         (ss+1)->pv = pv;
1166         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1167     }
1168
1169     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1170     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1171
1172     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1173     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1174         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1175                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1176
1177     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1178
1179     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1180     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1181     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1182     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1183                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1184
1185     // Transposition table lookup
1186     posKey = pos.key();
1187     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1188     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1189     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1190
1191     if (  !PvNode
1192         && ttHit
1193         && tte->depth() >= ttDepth
1194         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1195         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1196                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1197     {
1198         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1199         return ttValue;
1200     }
1201
1202     // Evaluate the position statically
1203     if (InCheck)
1204     {
1205         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1206         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1207     }
1208     else
1209     {
1210         if (ttHit)
1211         {
1212             // Never assume anything on values stored in TT
1213             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1214                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1215
1216             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1217             if (ttValue != VALUE_NONE)
1218                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1219                     bestValue = ttValue;
1220         }
1221         else
1222             ss->staticEval = bestValue =
1223             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1224                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1225
1226         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1227         if (bestValue >= beta)
1228         {
1229             if (!ttHit)
1230                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1231                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1232
1233             return bestValue;
1234         }
1235
1236         if (PvNode && bestValue > alpha)
1237             alpha = bestValue;
1238
1239         futilityBase = bestValue + 128;
1240     }
1241
1242     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1243     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1244     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1245     // be generated.
1246     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1247     CheckInfo ci(pos);
1248
1249     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1250     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1251     {
1252       assert(is_ok(move));
1253
1254       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !ci.dcCandidates
1255                   ? ci.checkSquares[type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))] & to_sq(move)
1256                   : pos.gives_check(move, ci);
1257
1258       // Futility pruning
1259       if (   !InCheck
1260           && !givesCheck
1261           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1262           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1263       {
1264           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1265
1266           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1267
1268           if (futilityValue <= alpha)
1269           {
1270               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1271               continue;
1272           }
1273
1274           if (futilityBase <= alpha && pos.see(move) <= VALUE_ZERO)
1275           {
1276               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1277               continue;
1278           }
1279       }
1280
1281       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1282       evasionPrunable =    InCheck
1283                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1284                        && !pos.capture(move);
1285
1286       // Don't search moves with negative SEE values
1287       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1288           &&  type_of(move) != PROMOTION
1289           &&  pos.see_sign(move) < VALUE_ZERO)
1290           continue;
1291
1292       // Speculative prefetch as early as possible
1293       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1294
1295       // Check for legality just before making the move
1296       if (!pos.legal(move, ci.pinned))
1297           continue;
1298
1299       ss->currentMove = move;
1300
1301       // Make and search the move
1302       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1303       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1304                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1305       pos.undo_move(move);
1306
1307       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1308
1309       // Check for a new best move
1310       if (value > bestValue)
1311       {
1312           bestValue = value;
1313
1314           if (value > alpha)
1315           {
1316               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1317                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1318
1319               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1320               {
1321                   alpha = value;
1322                   bestMove = move;
1323               }
1324               else // Fail high
1325               {
1326                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1327                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1328
1329                   return value;
1330               }
1331           }
1332        }
1333     }
1334
1335     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1336     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1337     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1338         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1339
1340     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1341               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1342               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1343
1344     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1345
1346     return bestValue;
1347   }
1348
1349
1350   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1351   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1352   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1353
1354   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1355
1356     assert(v != VALUE_NONE);
1357
1358     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1359           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1360   }
1361
1362
1363   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1364   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1365   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1366
1367   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1368
1369     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1370           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1371           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1372   }
1373
1374
1375   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1376
1377   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1378
1379     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1380         *pv++ = *childPv++;
1381     *pv = MOVE_NONE;
1382   }
1383
1384
1385   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1386   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1387
1388   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1389                     Depth depth, Move* quiets, int quietsCnt) {
1390
1391     if (ss->killers[0] != move)
1392     {
1393         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1394         ss->killers[0] = move;
1395     }
1396
1397     Value bonus = Value((depth / ONE_PLY) * (depth / ONE_PLY) + 2 * depth / ONE_PLY - 2);
1398
1399     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1400     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1401     CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
1402     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1403     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1404
1405     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1406
1407     if (cmh)
1408     {
1409         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1410         cmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1411     }
1412
1413     if (fmh)
1414         fmh->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1415
1416     if (fmh2)
1417         fmh2->update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1418
1419     // Decrease all the other played quiet moves
1420     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1421     {
1422         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1423
1424         if (cmh)
1425             cmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1426
1427         if (fmh)
1428             fmh->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1429
1430         if (fmh2)
1431             fmh2->update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1432     }
1433
1434     // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1435     if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece_type())
1436     {
1437         if ((ss-2)->counterMoves)
1438             (ss-2)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1439
1440         if ((ss-3)->counterMoves)
1441             (ss-3)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1442
1443         if ((ss-5)->counterMoves)
1444             (ss-5)->counterMoves->update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus - 2 * (depth + 1) / ONE_PLY - 1);
1445     }
1446   }
1447
1448
1449   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1450   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1451
1452   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1453
1454     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1455     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1456
1457     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1458     Value topScore = rootMoves[0].score;
1459     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1460     int weakness = 120 - 2 * level;
1461     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1462
1463     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1464     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1465     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1466     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1467     {
1468         // This is our magic formula
1469         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1470                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1471
1472         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1473         {
1474             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1475             best = rootMoves[i].pv[0];
1476         }
1477     }
1478
1479     return best;
1480   }
1481
1482
1483   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1484   // when we are out of available time and thus stop the search.
1485
1486   void check_time() {
1487
1488     static TimePoint lastInfoTime = now();
1489
1490     int elapsed = Time.elapsed();
1491     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1492
1493     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1494     {
1495         lastInfoTime = tick;
1496         dbg_print();
1497     }
1498
1499     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1500     if (Limits.ponder)
1501         return;
1502
1503     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1504         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1505         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= Limits.nodes))
1506             Signals.stop = true;
1507   }
1508
1509 } // namespace
1510
1511
1512 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1513 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1514
1515 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1516
1517   std::stringstream ss;
1518   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1519   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1520   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1521   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1522   uint64_t nodes_searched = Threads.nodes_searched();
1523
1524   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1525   {
1526       bool updated = (i <= PVIdx);
1527
1528       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1529           continue;
1530
1531       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1532       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1533
1534       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1535       v = tb ? TB::Score : v;
1536
1537       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1538           ss << "\n";
1539
1540       ss << "info"
1541          << " depth "    << d / ONE_PLY
1542          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1543          << " multipv "  << i + 1
1544          << " score "    << UCI::value(v);
1545
1546       if (!tb && i == PVIdx)
1547           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1548
1549       ss << " nodes "    << nodes_searched
1550          << " nps "      << nodes_searched * 1000 / elapsed;
1551
1552       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1553           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1554
1555       ss << " tbhits "   << TB::Hits
1556          << " time "     << elapsed
1557          << " pv";
1558
1559       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1560           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1561   }
1562
1563   return ss.str();
1564 }
1565
1566
1567 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1568 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1569 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1570
1571 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1572
1573   StateInfo state[MAX_PLY], *st = state;
1574   bool ttHit;
1575
1576   for (Move m : pv)
1577   {
1578       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(m));
1579
1580       TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1581
1582       if (!ttHit || tte->move() != m) // Don't overwrite correct entries
1583           tte->save(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE,
1584                     m, VALUE_NONE, TT.generation());
1585
1586       pos.do_move(m, *st++, pos.gives_check(m, CheckInfo(pos)));
1587   }
1588
1589   for (size_t i = pv.size(); i > 0; )
1590       pos.undo_move(pv[--i]);
1591 }
1592
1593
1594 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1595 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1596 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1597 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1598
1599 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos)
1600 {
1601     StateInfo st;
1602     bool ttHit;
1603
1604     assert(pv.size() == 1);
1605
1606     pos.do_move(pv[0], st, pos.gives_check(pv[0], CheckInfo(pos)));
1607     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1608     pos.undo_move(pv[0]);
1609
1610     if (ttHit)
1611     {
1612         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1613         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1614            return pv.push_back(m), true;
1615     }
1616
1617     return false;
1618 }
1619
1620 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1621
1622     Hits = 0;
1623     RootInTB = false;
1624     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1625     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1626     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1627
1628     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1629     if (Cardinality > MaxCardinality)
1630     {
1631         Cardinality = MaxCardinality;
1632         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1633     }
1634
1635     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1636         return;
1637
1638     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1639     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1640     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1641
1642     if (RootInTB)
1643         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1644
1645     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1646     {
1647         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1648         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1649
1650         // Only probe during search if winning
1651         if (TB::Score <= VALUE_DRAW)
1652             Cardinality = 0;
1653     }
1654
1655     if (RootInTB)
1656     {
1657         Hits = rootMoves.size();
1658
1659         if (!UseRule50)
1660             TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1661                        : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1662                                                 :  VALUE_DRAW;
1663     }
1664 }