99985fde53b4f74acd5d0ac562a2f7e2b452b045
[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.
231
232   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
233   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
234
235   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
236   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
237   Threads.stop = true;
238
239   // Wait until all threads have finished
240   for (Thread* th : Threads)
241       if (th != this)
242           th->wait_for_search_finished();
243
244   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
245   // the available ones before exiting.
246   if (Limits.npmsec)
247       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
248
249   // Check if there are threads with a better score than main thread
250   Thread* bestThread = this;
251   if (    Options["MultiPV"] == 1
252       && !Limits.depth
253       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
254       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
255   {
256       std::map<Move, int64_t> votes;
257       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
258
259       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
260       for (Thread* th: Threads)
261       {
262           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
263           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] = 0;
264       }
265
266       // Vote according to score and depth
267       auto square = [](int64_t x) { return x * x; };
268       for (Thread* th : Threads)
269           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + (square(th->rootMoves[0].score - minScore + 1)
270                                                   * int64_t(th->completedDepth));
271
272       // Select best thread
273       int64_t bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
274       for (Thread* th : Threads)
275       {
276           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
277           {
278               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
279               bestThread = th;
280           }
281       }
282   }
283
284   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
285
286   // Send again PV info if we have a new best thread
287   if (bestThread != this)
288       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
289
290   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
291
292   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
293       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
294
295   std::cout << sync_endl;
296 }
297
298
299 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
300 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
301 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
302
303 void Thread::search() {
304
305   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
306   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
307   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
308   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
309   Stack stack[MAX_PLY+8], *ss = stack+5;
310   Move  pv[MAX_PLY+1];
311   Value bestValue, alpha, beta, delta;
312   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
313   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
314   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
315   double timeReduction = 1.0;
316   Color us = rootPos.side_to_move();
317   bool failedLow;
318
319   std::memset(ss-5, 0, 8 * sizeof(Stack));
320   for (int i = 5; i > 0; i--)
321      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
322   ss->pv = pv;
323
324   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
325   beta = VALUE_INFINITE;
326
327   if (mainThread)
328       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
329
330   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
331   Skill skill(Options["Skill Level"]);
332
333   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
334   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
335   if (skill.enabled())
336       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
337
338   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
339
340   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
341
342   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
343   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
344       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
345           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
346           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
347           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
348           : ct;
349
350   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
351   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
352                           : -make_score(ct, ct / 2));
353
354   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
355   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
356          && !Threads.stop
357          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
358   {
359       // Distribute search depths across the helper threads
360       if (idx > 0)
361       {
362           int i = (idx - 1) % 20;
363           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
364               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
365       }
366
367       // Age out PV variability metric
368       if (mainThread)
369           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
370
371       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
372       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
373       for (RootMove& rm : rootMoves)
374           rm.previousScore = rm.score;
375
376       size_t pvFirst = 0;
377       pvLast = 0;
378
379       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
380       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
381       {
382           if (pvIdx == pvLast)
383           {
384               pvFirst = pvLast;
385               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
386                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
387                       break;
388           }
389
390           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
391           selDepth = 0;
392
393           // Reset aspiration window starting size
394           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
395           {
396               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
397               delta = Value(20);
398               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
399               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
400
401               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
402               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
403
404               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
405                                       : -make_score(dct, dct / 2));
406           }
407
408           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
409           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
410           // high/low anymore.
411           int failedHighCnt = 0;
412           while (true)
413           {
414               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
415               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
416
417               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
418               // is done with a stable algorithm because all the values but the
419               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
420               // and we want to keep the same order for all the moves except the
421               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
422               // search the already searched PV lines are preserved.
423               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
424
425               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
426               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
427               // the previous iteration.
428               if (Threads.stop)
429                   break;
430
431               // When failing high/low give some update (without cluttering
432               // the UI) before a re-search.
433               if (   mainThread
434                   && multiPV == 1
435                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
436                   && Time.elapsed() > 3000)
437                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
438
439               // In case of failing low/high increase aspiration window and
440               // re-search, otherwise exit the loop.
441               if (bestValue <= alpha)
442               {
443                   beta = (alpha + beta) / 2;
444                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
445
446                   if (mainThread)
447                   {
448                       failedHighCnt = 0;
449                       failedLow = true;
450                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
451                   }
452               }
453               else if (bestValue >= beta)
454               {
455                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
456                   if (mainThread)
457                       ++failedHighCnt;
458               }
459               else
460                   break;
461
462               delta += delta / 4 + 5;
463
464               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
465           }
466
467           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
468           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
469
470           if (    mainThread
471               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
472               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
473       }
474
475       if (!Threads.stop)
476           completedDepth = rootDepth;
477
478       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
479          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
480          lastBestMoveDepth = rootDepth;
481       }
482
483       // Have we found a "mate in x"?
484       if (   Limits.mate
485           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
486           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
487           Threads.stop = true;
488
489       if (!mainThread)
490           continue;
491
492       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
493       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
494           skill.pick_best(multiPV);
495
496       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
497       if (    Limits.use_time_management()
498           && !Threads.stop
499           && !mainThread->stopOnPonderhit)
500       {
501           double fallingEval = (306 + 119 * failedLow + 6 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
502           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
503
504           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
505           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
506
507           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
508           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
509           bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
510
511           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
512           if (   rootMoves.size() == 1
513               || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * fallingEval)
514           {
515               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
516               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
517               if (mainThread->ponder)
518                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
519               else
520                   Threads.stop = true;
521           }
522       }
523   }
524
525   if (!mainThread)
526       return;
527
528   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
529
530   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
531   if (skill.enabled())
532       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
533                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
534 }
535
536
537 namespace {
538
539   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
540
541   template <NodeType NT>
542   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
543
544     constexpr bool PvNode = NT == PV;
545     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
546
547     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
548     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
549     if (   pos.rule50_count() >= 3
550         && alpha < VALUE_DRAW
551         && !rootNode
552         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
553     {
554         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
555         if (alpha >= beta)
556             return alpha;
557     }
558
559     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
560     if (depth < ONE_PLY)
561         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
562
563     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
564     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
565     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
566     assert(!(PvNode && cutNode));
567     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
568
569     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
570     StateInfo st;
571     TTEntry* tte;
572     Key posKey;
573     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
574     Depth extension, newDepth;
575     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
576     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, improving;
577     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
578     Piece movedPiece;
579     int moveCount, captureCount, quietCount;
580
581     // Step 1. Initialize node
582     Thread* thisThread = pos.this_thread();
583     inCheck = pos.checkers();
584     Color us = pos.side_to_move();
585     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
586     bestValue = -VALUE_INFINITE;
587     maxValue = VALUE_INFINITE;
588
589     // Check for the available remaining time
590     if (thisThread == Threads.main())
591         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
592
593     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
594     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
595         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
596
597     if (!rootNode)
598     {
599         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
600         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
601             || pos.is_draw(ss->ply)
602             || ss->ply >= MAX_PLY)
603             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
604                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
605
606         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
607         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
608         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
609         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
610         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
611         // mate. In this case return a fail-high score.
612         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
613         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
614         if (alpha >= beta)
615             return alpha;
616     }
617
618     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
619
620     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
621     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
622     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
623     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
624     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
625
626     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
627     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
628     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
629     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
630     // LMR which are based on the statScore of parent position.
631     (ss+2)->statScore = 0;
632
633     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
634     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
635     // position key in case of an excluded move.
636     excludedMove = ss->excludedMove;
637     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
638     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
639     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
640     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
641             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
642     pvHit = (ttHit && tte->pv_hit()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
643
644     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
645     if (  !PvNode
646         && ttHit
647         && tte->depth() >= depth
648         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
649         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
650                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
651     {
652         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
653         if (ttMove)
654         {
655             if (ttValue >= beta)
656             {
657                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
658                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
659
660                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
661                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
662                      && !pos.captured_piece())
663                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
664             }
665             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
666             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
667             {
668                 int penalty = -stat_bonus(depth);
669                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
670                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
671             }
672         }
673         return ttValue;
674     }
675
676     // Step 5. Tablebases probe
677     if (!rootNode && TB::Cardinality)
678     {
679         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
680
681         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
682             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
683             &&  pos.rule50_count() == 0
684             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
685         {
686             TB::ProbeState err;
687             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
688
689             // Force check of time on the next occasion
690             if (thisThread == Threads.main())
691                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
692
693             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
694             {
695                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
696
697                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
698
699                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
700                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
701                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
702
703                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
704                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
705
706                 if (    b == BOUND_EXACT
707                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
708                 {
709                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), pvHit, b,
710                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
711                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
712
713                     return value;
714                 }
715
716                 if (PvNode)
717                 {
718                     if (b == BOUND_LOWER)
719                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
720                     else
721                         maxValue = value;
722                 }
723             }
724         }
725     }
726
727     // Step 6. Static evaluation of the position
728     if (inCheck)
729     {
730         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
731         improving = false;
732         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
733     }
734     else if (ttHit)
735     {
736         // Never assume anything on values stored in TT
737         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
738         if (eval == VALUE_NONE)
739             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
740
741         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
742         if (    ttValue != VALUE_NONE
743             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
744             eval = ttValue;
745     }
746     else
747     {
748         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
749         {
750             int p = (ss-1)->statScore;
751             int bonus = p > 0 ? (-p - 2500) / 512 :
752                         p < 0 ? (-p + 2500) / 512 : 0;
753
754             pureStaticEval = evaluate(pos);
755             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
756         }
757         else
758             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
759
760         tte->save(posKey, VALUE_NONE, pvHit, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
761     }
762
763     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
764     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
765         &&  depth < 2 * ONE_PLY
766         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
767         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
768
769     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
770                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
771
772     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
773     if (   !PvNode
774         &&  depth < 7 * ONE_PLY
775         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
776         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
777         return eval;
778
779     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
780     if (   !PvNode
781         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
782         && (ss-1)->statScore < 23200
783         &&  eval >= beta
784         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
785         && !excludedMove
786         &&  pos.non_pawn_material(us)
787         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
788     {
789         assert(eval - beta >= 0);
790
791         // Null move dynamic reduction based on depth and value
792         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
793
794         ss->currentMove = MOVE_NULL;
795         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
796
797         pos.do_null_move(st);
798
799         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
800
801         pos.undo_null_move();
802
803         if (nullValue >= beta)
804         {
805             // Do not return unproven mate scores
806             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
807                 nullValue = beta;
808
809             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
810                 return nullValue;
811
812             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
813
814             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
815             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
816             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
817             thisThread->nmpColor = us;
818
819             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
820
821             thisThread->nmpMinPly = 0;
822
823             if (v >= beta)
824                 return nullValue;
825         }
826     }
827
828     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
829     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
830     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
831     if (   !PvNode
832         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
833         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
834     {
835         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
836         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
837         int probCutCount = 0;
838
839         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
840                && probCutCount < 3)
841             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
842             {
843                 probCutCount++;
844
845                 ss->currentMove = move;
846                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
847
848                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
849
850                 pos.do_move(move, st);
851
852                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
853                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
854
855                 // If the qsearch held perform the regular search
856                 if (value >= raisedBeta)
857                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
858
859                 pos.undo_move(move);
860
861                 if (value >= raisedBeta)
862                     return value;
863             }
864     }
865
866     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
867     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
868         && !ttMove)
869     {
870         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
871
872         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
873         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
874         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
875         pvHit = ttHit && tte->pv_hit();
876     }
877
878 moves_loop: // When in check, search starts from here
879
880     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
881     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
882
883     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
884                                       &thisThread->captureHistory,
885                                       contHist,
886                                       countermove,
887                                       ss->killers);
888     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
889
890     skipQuiets = false;
891     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
892
893     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
894     // or a beta cutoff occurs.
895     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
896     {
897       assert(is_ok(move));
898
899       if (move == excludedMove)
900           continue;
901
902       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
903       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
904       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
905       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
906       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
907                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
908           continue;
909
910       ss->moveCount = ++moveCount;
911
912       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
913           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
914                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
915                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
916       if (PvNode)
917           (ss+1)->pv = nullptr;
918
919       extension = DEPTH_ZERO;
920       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
921       movedPiece = pos.moved_piece(move);
922       givesCheck = gives_check(pos, move);
923
924       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
925                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
926
927       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
928
929       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
930       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
931       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
932       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
933       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
934       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
935           &&  move == ttMove
936           && !rootNode
937           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
938           &&  ttValue != VALUE_NONE
939           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
940           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
941           &&  pos.legal(move))
942       {
943           Value singularBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
944           ss->excludedMove = move;
945           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
946           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
947
948           if (value < singularBeta)
949               extension = ONE_PLY;
950
951           // Multi-cut pruning
952           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
953           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
954           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
955           // the hard beta bound.
956           else if (cutNode && singularBeta > beta)
957               return beta;
958       }
959       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
960                &&  pos.see_ge(move))
961           extension = ONE_PLY;
962
963       // Extension if castling
964       else if (type_of(move) == CASTLING)
965           extension = ONE_PLY;
966
967       // Calculate new depth for this move
968       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
969
970       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
971       if (  !rootNode
972           && pos.non_pawn_material(us)
973           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
974       {
975           if (   !captureOrPromotion
976               && !givesCheck
977               && !pos.advanced_pawn_push(move))
978           {
979               // Move count based pruning (~30 Elo)
980               if (moveCountPruning)
981               {
982                   skipQuiets = true;
983                   continue;
984               }
985
986               // Reduced depth of the next LMR search
987               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
988
989               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
990               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
991                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
992                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
993                   continue;
994
995               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
996               if (   lmrDepth < 7
997                   && !inCheck
998                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
999                   continue;
1000
1001               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
1002               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
1003                   continue;
1004           }
1005           else if (   !extension // (~20 Elo)
1006                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
1007                   continue;
1008       }
1009
1010       // Speculative prefetch as early as possible
1011       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1012
1013       // Check for legality just before making the move
1014       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1015       {
1016           ss->moveCount = --moveCount;
1017           continue;
1018       }
1019
1020       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1021       ss->currentMove = move;
1022       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1023
1024       // Step 15. Make the move
1025       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1026
1027       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1028       // re-searched at full depth.
1029       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1030           &&  moveCount > 1
1031           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1032       {
1033           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1034
1035           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1036           if (pvHit)
1037               r -= ONE_PLY;
1038
1039           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1040           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1041               r -= ONE_PLY;
1042
1043           if (!captureOrPromotion)
1044           {
1045               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1046               if (ttCapture)
1047                   r += ONE_PLY;
1048
1049               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1050               if (cutNode)
1051                   r += 2 * ONE_PLY;
1052
1053               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1054               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1055               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1056               else if (    type_of(move) == NORMAL
1057                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1058                   r -= 2 * ONE_PLY;
1059
1060               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1061                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1062                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1063                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1064                              - 4000;
1065
1066               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1067               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1068                   r -= ONE_PLY;
1069
1070               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1071                   r += ONE_PLY;
1072
1073               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1074               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1075           }
1076
1077           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1078
1079           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1080
1081           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1082       }
1083       else
1084           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1085
1086       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1087       if (doFullDepthSearch)
1088           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1089
1090       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1091       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1092       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1093       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1094       {
1095           (ss+1)->pv = pv;
1096           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1097
1098           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1099       }
1100
1101       // Step 18. Undo move
1102       pos.undo_move(move);
1103
1104       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1105
1106       // Step 19. Check for a new best move
1107       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1108       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1109       // updating best move, PV and TT.
1110       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1111           return VALUE_ZERO;
1112
1113       if (rootNode)
1114       {
1115           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1116                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1117
1118           // PV move or new best move?
1119           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1120           {
1121               rm.score = value;
1122               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1123               rm.pv.resize(1);
1124
1125               assert((ss+1)->pv);
1126
1127               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1128                   rm.pv.push_back(*m);
1129
1130               // We record how often the best move has been changed in each
1131               // iteration. This information is used for time management: When
1132               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1133               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1134                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1135           }
1136           else
1137               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1138               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1139               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1140               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1141       }
1142
1143       if (value > bestValue)
1144       {
1145           bestValue = value;
1146
1147           if (value > alpha)
1148           {
1149               bestMove = move;
1150
1151               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1152                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1153
1154               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1155                   alpha = value;
1156               else
1157               {
1158                   assert(value >= beta); // Fail high
1159                   ss->statScore = 0;
1160                   break;
1161               }
1162           }
1163       }
1164
1165       if (move != bestMove)
1166       {
1167           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1168               capturesSearched[captureCount++] = move;
1169
1170           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1171               quietsSearched[quietCount++] = move;
1172       }
1173     }
1174
1175     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1176     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1177     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1178     /*
1179        if (Threads.stop)
1180         return VALUE_DRAW;
1181     */
1182
1183     // Step 20. Check for mate and stalemate
1184     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1185     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1186     // return a fail low score.
1187
1188     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1189
1190     if (!moveCount)
1191         bestValue = excludedMove ? alpha
1192                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1193     else if (bestMove)
1194     {
1195         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1196         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1197             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1198                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1199
1200         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1201
1202         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1203         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1204             && !pos.captured_piece())
1205                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1206
1207     }
1208     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1209     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1210              && !pos.captured_piece())
1211         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1212
1213     if (PvNode)
1214         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1215
1216     if (!excludedMove)
1217         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1218                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1219                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1220                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1221
1222     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1223
1224     return bestValue;
1225   }
1226
1227
1228   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1229   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1230   template <NodeType NT>
1231   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1232
1233     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1234
1235     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1236     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1237     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1238     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1239
1240     Move pv[MAX_PLY+1];
1241     StateInfo st;
1242     TTEntry* tte;
1243     Key posKey;
1244     Move ttMove, move, bestMove;
1245     Depth ttDepth;
1246     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1247     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1248     int moveCount;
1249
1250     if (PvNode)
1251     {
1252         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1253         (ss+1)->pv = pv;
1254         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1255     }
1256
1257     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1258     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1259     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1260     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1261     inCheck = pos.checkers();
1262     moveCount = 0;
1263
1264     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1265     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1266         || ss->ply >= MAX_PLY)
1267         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1268
1269     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1270
1271     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1272     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1273     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1274     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1275                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1276     // Transposition table lookup
1277     posKey = pos.key();
1278     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1279     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1280     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1281     pvHit = ttHit && tte->pv_hit();
1282
1283     if (  !PvNode
1284         && ttHit
1285         && tte->depth() >= ttDepth
1286         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1287         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1288                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1289         return ttValue;
1290
1291     // Evaluate the position statically
1292     if (inCheck)
1293     {
1294         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1295         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1296     }
1297     else
1298     {
1299         if (ttHit)
1300         {
1301             // Never assume anything on values stored in TT
1302             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1303                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1304
1305             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1306             if (    ttValue != VALUE_NONE
1307                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1308                 bestValue = ttValue;
1309         }
1310         else
1311             ss->staticEval = bestValue =
1312             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1313                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1314
1315         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1316         if (bestValue >= beta)
1317         {
1318             if (!ttHit)
1319                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1320                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1321
1322             return bestValue;
1323         }
1324
1325         if (PvNode && bestValue > alpha)
1326             alpha = bestValue;
1327
1328         futilityBase = bestValue + 128;
1329     }
1330
1331     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1332
1333     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1334     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1335     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1336     // be generated.
1337     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1338                                       &thisThread->captureHistory,
1339                                       contHist,
1340                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1341
1342     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1343     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1344     {
1345       assert(is_ok(move));
1346
1347       givesCheck = gives_check(pos, move);
1348
1349       moveCount++;
1350
1351       // Futility pruning
1352       if (   !inCheck
1353           && !givesCheck
1354           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1355           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1356       {
1357           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1358
1359           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1360
1361           if (futilityValue <= alpha)
1362           {
1363               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1364               continue;
1365           }
1366
1367           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1368           {
1369               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1370               continue;
1371           }
1372       }
1373
1374       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1375       evasionPrunable =    inCheck
1376                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1377                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1378                        && !pos.capture(move);
1379
1380       // Don't search moves with negative SEE values
1381       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1382           && !pos.see_ge(move))
1383           continue;
1384
1385       // Speculative prefetch as early as possible
1386       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1387
1388       // Check for legality just before making the move
1389       if (!pos.legal(move))
1390       {
1391           moveCount--;
1392           continue;
1393       }
1394
1395       ss->currentMove = move;
1396       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1397
1398       // Make and search the move
1399       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1400       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1401       pos.undo_move(move);
1402
1403       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1404
1405       // Check for a new best move
1406       if (value > bestValue)
1407       {
1408           bestValue = value;
1409
1410           if (value > alpha)
1411           {
1412               bestMove = move;
1413
1414               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1415                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1416
1417               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1418                   alpha = value;
1419               else
1420                   break; // Fail high
1421           }
1422        }
1423     }
1424
1425     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1426     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1427     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1428         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1429
1430     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1431               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1432               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1433               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1434
1435     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1436
1437     return bestValue;
1438   }
1439
1440
1441   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1442   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1443   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1444
1445   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1446
1447     assert(v != VALUE_NONE);
1448
1449     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1450           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1451   }
1452
1453
1454   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1455   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1456   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1457
1458   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1459
1460     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1461           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1462           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1463   }
1464
1465
1466   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1467
1468   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1469
1470     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1471         *pv++ = *childPv++;
1472     *pv = MOVE_NONE;
1473   }
1474
1475
1476   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1477   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1478
1479   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1480
1481     for (int i : {1, 2, 4})
1482         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1483             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1484   }
1485
1486
1487   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1488
1489   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1490                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1491
1492       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1493       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1494       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1495
1496       if (pos.capture_or_promotion(move))
1497           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1498
1499       // Decrease all the other played capture moves
1500       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1501       {
1502           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1503           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1504           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1505       }
1506   }
1507
1508
1509   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1510
1511   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1512                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1513
1514     if (ss->killers[0] != move)
1515     {
1516         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1517         ss->killers[0] = move;
1518     }
1519
1520     Color us = pos.side_to_move();
1521     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1522     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1523     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1524
1525     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1526     {
1527         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1528         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1529     }
1530
1531     // Decrease all the other played quiet moves
1532     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1533     {
1534         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1535         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1536     }
1537   }
1538
1539   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1540   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1541
1542   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1543
1544     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1545     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1546
1547     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1548     Value topScore = rootMoves[0].score;
1549     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1550     int weakness = 120 - 2 * level;
1551     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1552
1553     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1554     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1555     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1556     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1557     {
1558         // This is our magic formula
1559         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1560                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1561
1562         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1563         {
1564             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1565             best = rootMoves[i].pv[0];
1566         }
1567     }
1568
1569     return best;
1570   }
1571
1572 } // namespace
1573
1574 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1575 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1576
1577 void MainThread::check_time() {
1578
1579   if (--callsCnt > 0)
1580       return;
1581
1582   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1583   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1584
1585   static TimePoint lastInfoTime = now();
1586
1587   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1588   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1589
1590   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1591   {
1592       lastInfoTime = tick;
1593       dbg_print();
1594   }
1595
1596   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1597   if (ponder)
1598       return;
1599
1600   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1601       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1602       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1603       Threads.stop = true;
1604 }
1605
1606
1607 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1608 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1609
1610 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1611
1612   std::stringstream ss;
1613   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1614   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1615   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1616   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1617   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1618   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1619
1620   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1621   {
1622       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1623
1624       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1625           continue;
1626
1627       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1628       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1629
1630       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1631       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1632
1633       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1634           ss << "\n";
1635
1636       ss << "info"
1637          << " depth "    << d / ONE_PLY
1638          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1639          << " multipv "  << i + 1
1640          << " score "    << UCI::value(v);
1641
1642       if (!tb && i == pvIdx)
1643           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1644
1645       ss << " nodes "    << nodesSearched
1646          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1647
1648       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1649           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1650
1651       ss << " tbhits "   << tbHits
1652          << " time "     << elapsed
1653          << " pv";
1654
1655       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1656           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1657   }
1658
1659   return ss.str();
1660 }
1661
1662
1663 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1664 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1665 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1666 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1667
1668 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1669
1670     StateInfo st;
1671     bool ttHit;
1672
1673     assert(pv.size() == 1);
1674
1675     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1676         return false;
1677
1678     pos.do_move(pv[0], st);
1679     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1680
1681     if (ttHit)
1682     {
1683         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1684         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1685             pv.push_back(m);
1686     }
1687
1688     pos.undo_move(pv[0]);
1689     return pv.size() > 1;
1690 }
1691
1692 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1693
1694     RootInTB = false;
1695     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1696     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1697     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1698     bool dtz_available = true;
1699
1700     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1701     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1702     if (Cardinality > MaxCardinality)
1703     {
1704         Cardinality = MaxCardinality;
1705         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1706     }
1707
1708     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1709     {
1710         // Rank moves using DTZ tables
1711         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1712
1713         if (!RootInTB)
1714         {
1715             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1716             dtz_available = false;
1717             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1718         }
1719     }
1720
1721     if (RootInTB)
1722     {
1723         // Sort moves according to TB rank
1724         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1725                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1726
1727         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1728         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1729             Cardinality = 0;
1730     }
1731     else
1732     {
1733         // Assign the same rank to all moves
1734         for (auto& m : rootMoves)
1735             m.tbRank = 0;
1736     }
1737 }