a4b2e7e40ac4c0b36a03a433426c27c9af928960
[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) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   template <NodeType NT>
100   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
101
102   template <NodeType NT, bool InCheck>
103   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
104
105   Value value_to_tt(Value v, int ply);
106   Value value_from_tt(Value v, int ply);
107   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
108   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
109   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
110   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
111   bool pv_is_draw(Position& pos);
112
113   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
114   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
115   template<bool Root>
116   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
117
118     StateInfo st;
119     uint64_t cnt, nodes = 0;
120     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
121
122     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
123     {
124         if (Root && depth <= ONE_PLY)
125             cnt = 1, nodes++;
126         else
127         {
128             pos.do_move(m, st);
129             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
130             nodes += cnt;
131             pos.undo_move(m);
132         }
133         if (Root)
134             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
135     }
136     return nodes;
137   }
138
139 } // namespace
140
141
142 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
143
144 void Search::init() {
145
146   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
147       for (int d = 1; d < 64; ++d)
148           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
149           {
150               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
151
152               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
153               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
154
155               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
156               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
157                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
158           }
159
160   for (int d = 0; d < 16; ++d)
161   {
162       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
163       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
164   }
165 }
166
167
168 /// Search::clear() resets search state to its initial value
169
170 void Search::clear() {
171
172   Threads.main()->wait_for_search_finished();
173
174   Time.availableNodes = 0;
175   TT.clear();
176   Threads.clear();
177 }
178
179
180 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
181 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
182
183 void MainThread::search() {
184
185   if (Limits.perft)
186   {
187       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
188       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
189       return;
190   }
191
192   Color us = rootPos.side_to_move();
193   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
194   TT.new_search();
195
196   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
197
198   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(contempt, contempt / 2)
199                                 : -make_score(contempt, contempt / 2));
200
201   if (rootMoves.empty())
202   {
203       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
204       sync_cout << "info depth 0 score "
205                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
206                 << sync_endl;
207   }
208   else
209   {
210       for (Thread* th : Threads)
211           if (th != this)
212               th->start_searching();
213
214       Thread::search(); // Let's start searching!
215   }
216
217   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
218   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
219   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
220   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
221   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
222   Threads.stopOnPonderhit = true;
223
224   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
225   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
226
227   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
228   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
229   Threads.stop = true;
230
231   // Wait until all threads have finished
232   for (Thread* th : Threads)
233       if (th != this)
234           th->wait_for_search_finished();
235
236   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
237   // the available ones before exiting.
238   if (Limits.npmsec)
239       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
240
241   // Check if there are threads with a better score than main thread
242   Thread* bestThread = this;
243   if (    Options["MultiPV"] == 1
244       && !Limits.depth
245       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
246       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
247   {
248       for (Thread* th : Threads)
249       {
250           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
251           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
252
253           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
254           if (    scoreDiff > 0
255               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
256               bestThread = th;
257       }
258   }
259
260   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
261
262   // Send new PV when needed
263   if (bestThread != this)
264       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
265
266   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
267
268   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
269       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
270
271   std::cout << sync_endl;
272 }
273
274
275 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
276 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
277 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
278
279 void Thread::search() {
280
281   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
282   Value bestValue, alpha, beta, delta;
283   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
284   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
285   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
286   double timeReduction = 1.0;
287
288   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
289   for (int i = 4; i > 0; i--)
290      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
291
292   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
293   beta = VALUE_INFINITE;
294
295   if (mainThread)
296   {
297       mainThread->failedLow = false;
298       mainThread->bestMoveChanges = 0;
299   }
300
301   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
302   Skill skill(Options["Skill Level"]);
303
304   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
305   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
306   if (skill.enabled())
307       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
308
309   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
310
311   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
312   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
313          && !Threads.stop
314          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
315   {
316       // Distribute search depths across the threads
317       if (idx)
318       {
319           int i = (idx - 1) % 20;
320           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
321               continue;
322       }
323
324       // Age out PV variability metric
325       if (mainThread)
326           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
327
328       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
329       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
330       for (RootMove& rm : rootMoves)
331           rm.previousScore = rm.score;
332
333       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
334       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
335       {
336           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
337           selDepth = 0;
338
339           // Reset aspiration window starting size
340           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
341           {
342               delta = Value(18);
343               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
344               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
345           }
346
347           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
348           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
349           // high/low anymore.
350           while (true)
351           {
352               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
353
354               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
355               // is done with a stable algorithm because all the values but the
356               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
357               // and we want to keep the same order for all the moves except the
358               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
359               // search the already searched PV lines are preserved.
360               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
361
362               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
363               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
364               // valid, although it refers to the previous iteration.
365               if (Threads.stop)
366                   break;
367
368               // When failing high/low give some update (without cluttering
369               // the UI) before a re-search.
370               if (   mainThread
371                   && multiPV == 1
372                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
373                   && Time.elapsed() > 3000)
374                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
375
376               // In case of failing low/high increase aspiration window and
377               // re-search, otherwise exit the loop.
378               if (bestValue <= alpha)
379               {
380                   beta = (alpha + beta) / 2;
381                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
382
383                   if (mainThread)
384                   {
385                       mainThread->failedLow = true;
386                       Threads.stopOnPonderhit = false;
387                   }
388               }
389               else if (bestValue >= beta)
390                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
391               else
392                   break;
393
394               delta += delta / 4 + 5;
395
396               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
397           }
398
399           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
400           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
401
402           if (    mainThread
403               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
404               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
405       }
406
407       if (!Threads.stop)
408           completedDepth = rootDepth;
409
410       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
411          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
412          lastBestMoveDepth = rootDepth;
413       }
414
415       // Have we found a "mate in x"?
416       if (   Limits.mate
417           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
418           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
419           Threads.stop = true;
420
421       if (!mainThread)
422           continue;
423
424       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
425       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
426           skill.pick_best(multiPV);
427
428       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
429       if (Limits.use_time_management())
430       {
431           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
432           {
433               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
434               // of the available time has been used
435               const int F[] = { mainThread->failedLow,
436                                 bestValue - mainThread->previousScore };
437               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
438
439               Color us = rootPos.side_to_move();
440               bool thinkHard =    bestValue == VALUE_DRAW
441                                && Limits.time[us] - Time.elapsed() > Limits.time[~us]
442                                && ::pv_is_draw(rootPos);
443
444               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges + thinkHard;
445
446               // if the bestMove is stable over several iterations, reduce time for this move,
447               // the longer the move has been stable, the more.
448               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move.
449               timeReduction = 1;
450               for (int i : {3, 4, 5})
451                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth && !thinkHard)
452                      timeReduction *= 1.3;
453               unstablePvFactor *=  std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.51) / timeReduction;
454
455               if (   rootMoves.size() == 1
456                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628)
457               {
458                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
459                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
460                   if (Threads.ponder)
461                       Threads.stopOnPonderhit = true;
462                   else
463                       Threads.stop = true;
464               }
465           }
466       }
467   }
468
469   if (!mainThread)
470       return;
471
472   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
473
474   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
475   if (skill.enabled())
476       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
477                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
478 }
479
480
481 namespace {
482
483   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
484
485   template <NodeType NT>
486   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
487
488     const bool PvNode = NT == PV;
489     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
490
491     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
492     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
493     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
494     assert(!(PvNode && cutNode));
495     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
496
497     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
498     StateInfo st;
499     TTEntry* tte;
500     Key posKey;
501     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
502     Depth extension, newDepth;
503     Value bestValue, value, ttValue, eval;
504     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
505     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
506     Piece movedPiece;
507     int moveCount, captureCount, quietCount;
508
509     // Step 1. Initialize node
510     Thread* thisThread = pos.this_thread();
511     inCheck = pos.checkers();
512     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
513     ss->statScore = 0;
514     bestValue = -VALUE_INFINITE;
515
516     // Check for the available remaining time
517     if (thisThread == Threads.main())
518         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
519
520     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
521     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
522         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
523
524     if (!rootNode)
525     {
526         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
527         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
528             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
529
530         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
531         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
532         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
533         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
534         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
535         // mate. In this case return a fail-high score.
536         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
537         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
538         if (alpha >= beta)
539             return alpha;
540     }
541
542     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
543
544     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
545     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
546     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
547     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
548     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
549
550     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
551     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
552     // position key in case of an excluded move.
553     excludedMove = ss->excludedMove;
554     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // isn't a very good hash
555     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
556     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
557     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
558             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
559
560     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
561     if (  !PvNode
562         && ttHit
563         && tte->depth() >= depth
564         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
565         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
566                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
567     {
568         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
569         if (ttMove)
570         {
571             if (ttValue >= beta)
572             {
573                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
574                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
575
576                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
577                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
578                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
579             }
580             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
581             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
582             {
583                 int penalty = -stat_bonus(depth);
584                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
585                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
586             }
587         }
588         return ttValue;
589     }
590
591     // Step 4a. Tablebase probe
592     if (!rootNode && TB::Cardinality)
593     {
594         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
595
596         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
597             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
598             &&  pos.rule50_count() == 0
599             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
600         {
601             TB::ProbeState err;
602             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
603
604             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
605             {
606                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
607
608                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
609
610                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
611                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
612                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
613
614                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
615                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
616                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
617
618                 return value;
619             }
620         }
621     }
622
623     // Step 5. Evaluate the position statically
624     if (inCheck)
625     {
626         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
627         goto moves_loop;
628     }
629
630     else if (ttHit)
631     {
632         // Never assume anything on values stored in TT
633         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
634             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
635
636         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
637         if (   ttValue != VALUE_NONE
638             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
639             eval = ttValue;
640     }
641     else
642     {
643         eval = ss->staticEval =
644         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
645                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
646
647         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
648                   ss->staticEval, TT.generation());
649     }
650
651     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
652         goto moves_loop;
653
654     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
655     if (   !PvNode
656         &&  depth < 4 * ONE_PLY
657         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
658     {
659         if (depth <= ONE_PLY)
660             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
661
662         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
663         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
664         if (v <= ralpha)
665             return v;
666     }
667
668     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
669     if (   !rootNode
670         &&  depth < 7 * ONE_PLY
671         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
672         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN)  // Do not return unproven wins
673         return eval;
674
675     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
676     if (   !PvNode
677         &&  eval >= beta
678         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
679                 && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 == thisThread->pair))
680     {
681
682         assert(eval - beta >= 0);
683
684         // Null move dynamic reduction based on depth and value
685         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
686
687         ss->currentMove = MOVE_NULL;
688         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
689
690         pos.do_null_move(st);
691         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
692                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
693         pos.undo_null_move();
694
695         if (nullValue >= beta)
696         {
697             // Do not return unproven mate scores
698             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
699                 nullValue = beta;
700
701             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
702                 return nullValue;
703
704             // Do verification search at high depths
705             R += ONE_PLY;
706             // disable null move pruning for side to move for the first part of the remaining search tree
707             int nmp_ply = thisThread->nmp_ply;
708             int pair = thisThread->pair;
709             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
710             thisThread->pair = (ss->ply % 2) == 0;
711
712             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
713                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
714             thisThread->pair = pair;
715             thisThread->nmp_ply = nmp_ply;
716
717             if (v >= beta)
718                 return nullValue;
719         }
720     }
721
722     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
723     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
724     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
725     if (   !PvNode
726         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
727         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
728     {
729         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
730
731         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
732
733         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
734
735         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
736             if (pos.legal(move))
737             {
738                 ss->currentMove = move;
739                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
740
741                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
742                 pos.do_move(move, st);
743                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
744                 pos.undo_move(move);
745                 if (value >= rbeta)
746                     return value;
747             }
748     }
749
750     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
751     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
752         && !ttMove
753         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
754     {
755         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
756         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
757
758         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
759         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
760     }
761
762 moves_loop: // When in check search starts from here
763
764     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
765     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
766
767     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
768     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
769     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
770             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
771                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
772
773     singularExtensionNode =   !rootNode
774                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
775                            &&  ttMove != MOVE_NONE
776                            &&  ttValue != VALUE_NONE
777                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
778                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
779                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
780     skipQuiets = false;
781     ttCapture = false;
782     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
783
784     // Step 11. Loop through moves
785     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
786     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
787     {
788       assert(is_ok(move));
789
790       if (move == excludedMove)
791           continue;
792
793       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
794       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
795       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
796       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
797                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
798           continue;
799
800       ss->moveCount = ++moveCount;
801
802       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
803           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
804                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
805                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
806
807       if (PvNode)
808           (ss+1)->pv = nullptr;
809
810       extension = DEPTH_ZERO;
811       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
812       movedPiece = pos.moved_piece(move);
813
814       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
815                   ? pos.check_squares(type_of(movedPiece)) & to_sq(move)
816                   : pos.gives_check(move);
817
818       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
819                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
820
821       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
822
823       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
824       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
825       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
826       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
827       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
828       if (    singularExtensionNode
829           &&  move == ttMove
830           &&  pos.legal(move))
831       {
832           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
833           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
834           ss->excludedMove = move;
835           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
836           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
837
838           if (value < rBeta)
839               extension = ONE_PLY;
840       }
841       else if (    givesCheck
842                && !moveCountPruning
843                &&  pos.see_ge(move))
844           extension = ONE_PLY;
845
846       // Calculate new depth for this move
847       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
848
849       // Step 13. Pruning at shallow depth
850       if (  !rootNode
851           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
852           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
853       {
854           if (   !captureOrPromotion
855               && !givesCheck
856               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
857           {
858               // Move count based pruning
859               if (moveCountPruning)
860               {
861                   skipQuiets = true;
862                   continue;
863               }
864
865               // Reduced depth of the next LMR search
866               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
867
868               // Countermoves based pruning
869               if (   lmrDepth < 3
870                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
871                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
872                   continue;
873
874               // Futility pruning: parent node
875               if (   lmrDepth < 7
876                   && !inCheck
877                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
878                   continue;
879
880               // Prune moves with negative SEE
881               if (   lmrDepth < 8
882                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
883                   continue;
884           }
885           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
886                    && !extension
887                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
888                   continue;
889       }
890
891       // Speculative prefetch as early as possible
892       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
893
894       // Check for legality just before making the move
895       if (!rootNode && !pos.legal(move))
896       {
897           ss->moveCount = --moveCount;
898           continue;
899       }
900
901       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
902           ttCapture = true;
903
904       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
905       ss->currentMove = move;
906       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
907
908       // Step 14. Make the move
909       pos.do_move(move, st, givesCheck);
910
911       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
912       // re-searched at full depth.
913       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
914           &&  moveCount > 1
915           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
916       {
917           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
918
919           if (captureOrPromotion)
920               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
921           else
922           {
923               // Decrease reduction if opponent's move count is high
924               if ((ss-1)->moveCount > 15)
925                   r -= ONE_PLY;
926
927               // Decrease reduction for exact PV nodes
928               if (pvExact)
929                   r -= ONE_PLY;
930
931               // Increase reduction if ttMove is a capture
932               if (ttCapture)
933                   r += ONE_PLY;
934
935               // Increase reduction for cut nodes
936               if (cutNode)
937                   r += 2 * ONE_PLY;
938
939               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
940               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
941               // hence break make_move().
942               else if (    type_of(move) == NORMAL
943                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
944                   r -= 2 * ONE_PLY;
945
946               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
947                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
948                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
949                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
950                              - 4000;
951
952               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
953               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
954                   r -= ONE_PLY;
955
956               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
957                   r += ONE_PLY;
958
959               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
960               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
961           }
962
963           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
964
965           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
966
967           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
968       }
969       else
970           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
971
972       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
973       if (doFullDepthSearch)
974           value = newDepth <   ONE_PLY ?
975                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
976                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
977                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
978
979       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
980       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
981       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
982       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
983       {
984           (ss+1)->pv = pv;
985           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
986
987           value = newDepth <   ONE_PLY ?
988                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
989                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
990                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
991       }
992
993       // Step 17. Undo move
994       pos.undo_move(move);
995
996       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
997
998       // Step 18. Check for a new best move
999       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1000       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1001       // updating best move, PV and TT.
1002       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1003           return VALUE_ZERO;
1004
1005       if (rootNode)
1006       {
1007           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1008                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1009
1010           // PV move or new best move ?
1011           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1012           {
1013               rm.score = value;
1014               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1015               rm.pv.resize(1);
1016
1017               assert((ss+1)->pv);
1018
1019               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1020                   rm.pv.push_back(*m);
1021
1022               // We record how often the best move has been changed in each
1023               // iteration. This information is used for time management: When
1024               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1025               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1026                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1027           }
1028           else
1029               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1030               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1031               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1032               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1033       }
1034
1035       if (value > bestValue)
1036       {
1037           bestValue = value;
1038
1039           if (value > alpha)
1040           {
1041               bestMove = move;
1042
1043               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1044                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1045
1046               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1047                   alpha = value;
1048               else
1049               {
1050                   assert(value >= beta); // Fail high
1051                   break;
1052               }
1053           }
1054       }
1055
1056       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1057           quietsSearched[quietCount++] = move;
1058       else if (captureOrPromotion && move != bestMove && captureCount < 32)
1059           capturesSearched[captureCount++] = move;
1060     }
1061
1062     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1063     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1064     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1065     /*
1066        if (Threads.stop)
1067         return VALUE_DRAW;
1068     */
1069
1070     // Step 20. Check for mate and stalemate
1071     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1072     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1073     // return a fail low score.
1074
1075     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1076
1077     if (!moveCount)
1078         bestValue = excludedMove ? alpha
1079                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1080     else if (bestMove)
1081     {
1082         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1083         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1084             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1085         else
1086             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1087
1088         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1089         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1090             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1091     }
1092     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1093     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1094              && !pos.captured_piece()
1095              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1096         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1097
1098     if (!excludedMove)
1099         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1100                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1101                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1102                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1103
1104     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1105
1106     return bestValue;
1107   }
1108
1109
1110   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1111   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1112
1113   template <NodeType NT, bool InCheck>
1114   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1115
1116     const bool PvNode = NT == PV;
1117
1118     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1119     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1120     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1121     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1122     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1123
1124     Move pv[MAX_PLY+1];
1125     StateInfo st;
1126     TTEntry* tte;
1127     Key posKey;
1128     Move ttMove, move, bestMove;
1129     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1130     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1131     Depth ttDepth;
1132     int moveCount;
1133
1134     if (PvNode)
1135     {
1136         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1137         (ss+1)->pv = pv;
1138         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1139     }
1140
1141     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1142     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1143     moveCount = 0;
1144
1145     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1146     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1147         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1148
1149     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1150
1151     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1152     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1153     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1154     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1155                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1156     // Transposition table lookup
1157     posKey = pos.key();
1158     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1159     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1160     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1161
1162     if (  !PvNode
1163         && ttHit
1164         && tte->depth() >= ttDepth
1165         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1166         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1167                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1168         return ttValue;
1169
1170     // Evaluate the position statically
1171     if (InCheck)
1172     {
1173         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1174         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1175     }
1176     else
1177     {
1178         if (ttHit)
1179         {
1180             // Never assume anything on values stored in TT
1181             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1182                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1183
1184             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1185             if (   ttValue != VALUE_NONE
1186                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1187                 bestValue = ttValue;
1188         }
1189         else
1190             ss->staticEval = bestValue =
1191             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1192                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1193
1194         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1195         if (bestValue >= beta)
1196         {
1197             if (!ttHit)
1198                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1199                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1200
1201             return bestValue;
1202         }
1203
1204         if (PvNode && bestValue > alpha)
1205             alpha = bestValue;
1206
1207         futilityBase = bestValue + 128;
1208     }
1209
1210     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1211     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1212     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1213     // be generated.
1214     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1215
1216     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1217     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1218     {
1219       assert(is_ok(move));
1220
1221       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1222                   ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
1223                   : pos.gives_check(move);
1224
1225       moveCount++;
1226
1227       // Futility pruning
1228       if (   !InCheck
1229           && !givesCheck
1230           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1231           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1232       {
1233           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1234
1235           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1236
1237           if (futilityValue <= alpha)
1238           {
1239               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1240               continue;
1241           }
1242
1243           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1244           {
1245               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1246               continue;
1247           }
1248       }
1249
1250       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1251       evasionPrunable =    InCheck
1252                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1253                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1254                        && !pos.capture(move);
1255
1256       // Don't search moves with negative SEE values
1257       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1258           &&  type_of(move) != PROMOTION
1259           &&  !pos.see_ge(move))
1260           continue;
1261
1262       // Speculative prefetch as early as possible
1263       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1264
1265       // Check for legality just before making the move
1266       if (!pos.legal(move))
1267       {
1268           moveCount--;
1269           continue;
1270       }
1271
1272       ss->currentMove = move;
1273
1274       // Make and search the move
1275       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1276       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1277                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1278       pos.undo_move(move);
1279
1280       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1281
1282       // Check for a new best move
1283       if (value > bestValue)
1284       {
1285           bestValue = value;
1286
1287           if (value > alpha)
1288           {
1289               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1290                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1291
1292               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1293               {
1294                   alpha = value;
1295                   bestMove = move;
1296               }
1297               else // Fail high
1298               {
1299                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1300                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1301
1302                   return value;
1303               }
1304           }
1305        }
1306     }
1307
1308     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1309     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1310     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1311         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1312
1313     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1314               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1315               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1316
1317     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1318
1319     return bestValue;
1320   }
1321
1322
1323   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1324   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1325   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1326
1327   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1328
1329     assert(v != VALUE_NONE);
1330
1331     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1332           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1333   }
1334
1335
1336   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1337   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1338   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1339
1340   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1341
1342     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1343           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1344           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1345   }
1346
1347
1348   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1349
1350   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1351
1352     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1353         *pv++ = *childPv++;
1354     *pv = MOVE_NONE;
1355   }
1356
1357
1358   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1359   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1360
1361   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1362
1363     for (int i : {1, 2, 4})
1364         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1365             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1366   }
1367
1368
1369   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1370
1371   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1372                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1373
1374       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1375       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1376       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1377       captureHistory.update(moved_piece, to_sq(move), captured, bonus);
1378
1379       // Decrease all the other played capture moves
1380       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1381       {
1382           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1383           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1384           captureHistory.update(moved_piece, to_sq(captures[i]), captured, -bonus);
1385       }
1386   }
1387
1388
1389   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1390
1391   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1392                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1393
1394     if (ss->killers[0] != move)
1395     {
1396         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1397         ss->killers[0] = move;
1398     }
1399
1400     Color c = pos.side_to_move();
1401     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1402     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1403     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1404
1405     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1406     {
1407         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1408         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1409     }
1410
1411     // Decrease all the other played quiet moves
1412     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1413     {
1414         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1415         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1416     }
1417   }
1418
1419
1420   // Is the PV leading to a draw position? Assumes all pv moves are legal
1421   bool pv_is_draw(Position& pos) {
1422
1423     StateInfo st[MAX_PLY];
1424     auto& pv = pos.this_thread()->rootMoves[0].pv;
1425
1426     for (size_t i = 0; i < pv.size(); ++i)
1427         pos.do_move(pv[i], st[i]);
1428
1429     bool isDraw = pos.is_draw(pv.size());
1430
1431     for (size_t i = pv.size(); i > 0; --i)
1432         pos.undo_move(pv[i-1]);
1433
1434     return isDraw;
1435   }
1436
1437
1438   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1439   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1440
1441   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1442
1443     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1444     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1445
1446     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1447     Value topScore = rootMoves[0].score;
1448     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1449     int weakness = 120 - 2 * level;
1450     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1451
1452     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1453     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1454     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1455     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1456     {
1457         // This is our magic formula
1458         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1459                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1460
1461         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1462         {
1463             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1464             best = rootMoves[i].pv[0];
1465         }
1466     }
1467
1468     return best;
1469   }
1470
1471 } // namespace
1472
1473   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1474   // when we are out of available time and thus stop the search.
1475
1476   void MainThread::check_time() {
1477
1478     if (--callsCnt > 0)
1479         return;
1480
1481     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1482     // otherwise use a default value.
1483     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1484
1485     static TimePoint lastInfoTime = now();
1486
1487     int elapsed = Time.elapsed();
1488     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1489
1490     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1491     {
1492         lastInfoTime = tick;
1493         dbg_print();
1494     }
1495
1496     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1497     if (Threads.ponder)
1498         return;
1499
1500     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1501         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1502         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1503             Threads.stop = true;
1504   }
1505
1506
1507 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1508 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1509
1510 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1511
1512   std::stringstream ss;
1513   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1514   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1515   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1516   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1517   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1518   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1519
1520   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1521   {
1522       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1523
1524       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1525           continue;
1526
1527       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1528       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1529
1530       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1531       v = tb ? TB::Score : v;
1532
1533       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1534           ss << "\n";
1535
1536       ss << "info"
1537          << " depth "    << d / ONE_PLY
1538          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1539          << " multipv "  << i + 1
1540          << " score "    << UCI::value(v);
1541
1542       if (!tb && i == PVIdx)
1543           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1544
1545       ss << " nodes "    << nodesSearched
1546          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1547
1548       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1549           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1550
1551       ss << " tbhits "   << tbHits
1552          << " time "     << elapsed
1553          << " pv";
1554
1555       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1556           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1557   }
1558
1559   return ss.str();
1560 }
1561
1562
1563 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1564 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1565 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1566 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1567
1568 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1569
1570     StateInfo st;
1571     bool ttHit;
1572
1573     assert(pv.size() == 1);
1574
1575     if (!pv[0])
1576         return false;
1577
1578     pos.do_move(pv[0], st);
1579     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1580
1581     if (ttHit)
1582     {
1583         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1584         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1585             pv.push_back(m);
1586     }
1587
1588     pos.undo_move(pv[0]);
1589     return pv.size() > 1;
1590 }
1591
1592 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1593
1594     RootInTB = false;
1595     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1596     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1597     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1598
1599     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1600     if (Cardinality > MaxCardinality)
1601     {
1602         Cardinality = MaxCardinality;
1603         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1604     }
1605
1606     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1607         return;
1608
1609     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1610     if (Options["MultiPV"] != 1)
1611         return;
1612
1613     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1614     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1615     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1616
1617     if (RootInTB)
1618         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1619
1620     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1621     {
1622         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1623         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1624
1625         // Only probe during search if winning
1626         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1627             Cardinality = 0;
1628     }
1629
1630     if (RootInTB && !UseRule50)
1631         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1632                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1633                                             :  VALUE_DRAW;
1634 }