Non-quiet pruning tweak
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "timeman.h"
35 #include "thread.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   SignalsType Signals;
43   LimitsType Limits;
44 }
45
46 namespace Tablebases {
47
48   int Cardinality;
49   bool RootInTB;
50   bool UseRule50;
51   Depth ProbeDepth;
52   Value Score;
53 }
54
55 namespace TB = Tablebases;
56
57 using std::string;
58 using Eval::evaluate;
59 using namespace Search;
60
61 namespace {
62
63   // Different node types, used as a template parameter
64   enum NodeType { NonPV, PV };
65
66   // Razoring and futility margin based on depth
67   const int razor_margin[4] = { 483, 570, 603, 554 };
68   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
69
70   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
71   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
72   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
73
74   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
75     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
76   }
77
78   // Skill structure is used to implement strength limit
79   struct Skill {
80     Skill(int l) : level(l) {}
81     bool enabled() const { return level < 20; }
82     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
83     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
84     Move pick_best(size_t multiPV);
85
86     int level;
87     Move best = MOVE_NONE;
88   };
89
90   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is
91   // stable across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
92   struct EasyMoveManager {
93
94     void clear() {
95       stableCnt = 0;
96       expectedPosKey = 0;
97       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
98     }
99
100     Move get(Key key) const {
101       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
102     }
103
104     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
105
106       assert(newPv.size() >= 3);
107
108       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
109       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
110
111       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
112       {
113           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
114
115           StateInfo st[2];
116           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
117           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
118           expectedPosKey = pos.key();
119           pos.undo_move(newPv[1]);
120           pos.undo_move(newPv[0]);
121       }
122     }
123
124     int stableCnt;
125     Key expectedPosKey;
126     Move pv[3];
127   };
128
129   // Set of rows with half bits set to 1 and half to 0. It is used to allocate
130   // the search depths across the threads.
131   typedef std::vector<int> Row;
132
133   const Row HalfDensity[] = {
134     {0, 1},
135     {1, 0},
136     {0, 0, 1, 1},
137     {0, 1, 1, 0},
138     {1, 1, 0, 0},
139     {1, 0, 0, 1},
140     {0, 0, 0, 1, 1, 1},
141     {0, 0, 1, 1, 1, 0},
142     {0, 1, 1, 1, 0, 0},
143     {1, 1, 1, 0, 0, 0},
144     {1, 1, 0, 0, 0, 1},
145     {1, 0, 0, 0, 1, 1},
146     {0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1},
147     {0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0},
148     {0, 0, 1, 1, 1, 1, 0 ,0},
149     {0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 ,0},
150     {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 ,0},
151     {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 ,1},
152     {1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 ,1},
153     {1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 ,1},
154   };
155
156   const size_t HalfDensitySize = std::extent<decltype(HalfDensity)>::value;
157
158   EasyMoveManager EasyMove;
159   Value DrawValue[COLOR_NB];
160
161   template <NodeType NT>
162   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
163
164   template <NodeType NT, bool InCheck>
165   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
166
167   Value value_to_tt(Value v, int ply);
168   Value value_from_tt(Value v, int ply);
169   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
170   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
171   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
172   void check_time();
173
174 } // namespace
175
176
177 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
178
179 void Search::init() {
180
181   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
182       for (int d = 1; d < 64; ++d)
183           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
184           {
185               double r = log(d) * log(mc) / 2;
186
187               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
188               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
189
190               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
191               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
192                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
193           }
194
195   for (int d = 0; d < 16; ++d)
196   {
197       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
198       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
199   }
200 }
201
202
203 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
204
205 void Search::clear() {
206
207   TT.clear();
208
209   for (Thread* th : Threads)
210   {
211       th->history.clear();
212       th->counterMoves.clear();
213       th->fromTo.clear();
214       th->counterMoveHistory.clear();
215       th->resetCalls = true;
216   }
217
218   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
219 }
220
221
222 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
223 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
224 template<bool Root>
225 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
226
227   StateInfo st;
228   uint64_t cnt, nodes = 0;
229   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
230
231   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
232   {
233       if (Root && depth <= ONE_PLY)
234           cnt = 1, nodes++;
235       else
236       {
237           pos.do_move(m, st);
238           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
239           nodes += cnt;
240           pos.undo_move(m);
241       }
242       if (Root)
243           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
244   }
245   return nodes;
246 }
247
248 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
249
250
251 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
252 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
253
254 void MainThread::search() {
255
256   Color us = rootPos.side_to_move();
257   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
258
259   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
260   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
261   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
262
263   if (rootMoves.empty())
264   {
265       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
266       sync_cout << "info depth 0 score "
267                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
268                 << sync_endl;
269   }
270   else
271   {
272       for (Thread* th : Threads)
273           if (th != this)
274               th->start_searching();
275
276       Thread::search(); // Let's start searching!
277   }
278
279   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
280   // the available ones before exiting.
281   if (Limits.npmsec)
282       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
283
284   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
285   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
286   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
287   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
288   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
289   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
290   {
291       Signals.stopOnPonderhit = true;
292       wait(Signals.stop);
293   }
294
295   // Stop the threads if not already stopped
296   Signals.stop = true;
297
298   // Wait until all threads have finished
299   for (Thread* th : Threads)
300       if (th != this)
301           th->wait_for_search_finished();
302
303   // Check if there are threads with a better score than main thread
304   Thread* bestThread = this;
305   if (   !this->easyMovePlayed
306       &&  Options["MultiPV"] == 1
307       && !Limits.depth
308       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
309       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
310   {
311       for (Thread* th : Threads)
312           if (   th->completedDepth > bestThread->completedDepth
313               && th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
314               bestThread = th;
315   }
316
317   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
318
319   // Send new PV when needed
320   if (bestThread != this)
321       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
322
323   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
324
325   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
326       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
327
328   std::cout << sync_endl;
329 }
330
331
332 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
333 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
334 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
335
336 void Thread::search() {
337
338   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
339   Value bestValue, alpha, beta, delta;
340   Move easyMove = MOVE_NONE;
341   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
342
343   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
344
345   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
346   beta = VALUE_INFINITE;
347   completedDepth = DEPTH_ZERO;
348
349   if (mainThread)
350   {
351       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
352       EasyMove.clear();
353       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
354       mainThread->bestMoveChanges = 0;
355       TT.new_search();
356   }
357
358   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
359   Skill skill(Options["Skill Level"]);
360
361   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
362   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
363   if (skill.enabled())
364       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
365
366   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
367
368   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
369   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
370          && !Signals.stop
371          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
372   {
373       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
374       // 2nd ply (using a half-density matrix).
375       if (!mainThread)
376       {
377           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
378           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
379              continue;
380       }
381
382       // Age out PV variability metric
383       if (mainThread)
384           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
385
386       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
387       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
388       for (RootMove& rm : rootMoves)
389           rm.previousScore = rm.score;
390
391       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
392       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
393       {
394           // Reset aspiration window starting size
395           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
396           {
397               delta = Value(18);
398               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
399               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
400           }
401
402           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
403           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
404           // high/low anymore.
405           while (true)
406           {
407               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
408
409               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
410               // is done with a stable algorithm because all the values but the
411               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
412               // and we want to keep the same order for all the moves except the
413               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
414               // search the already searched PV lines are preserved.
415               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
416
417               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
418               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
419               // valid, although it refers to the previous iteration.
420               if (Signals.stop)
421                   break;
422
423               // When failing high/low give some update (without cluttering
424               // the UI) before a re-search.
425               if (   mainThread
426                   && multiPV == 1
427                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
428                   && Time.elapsed() > 3000)
429                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
430
431               // In case of failing low/high increase aspiration window and
432               // re-search, otherwise exit the loop.
433               if (bestValue <= alpha)
434               {
435                   beta = (alpha + beta) / 2;
436                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
437
438                   if (mainThread)
439                   {
440                       mainThread->failedLow = true;
441                       Signals.stopOnPonderhit = false;
442                   }
443               }
444               else if (bestValue >= beta)
445               {
446                   alpha = (alpha + beta) / 2;
447                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
448               }
449               else
450                   break;
451
452               delta += delta / 4 + 5;
453
454               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
455           }
456
457           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
458           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
459
460           if (!mainThread)
461               continue;
462
463           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
464               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
465       }
466
467       if (!Signals.stop)
468           completedDepth = rootDepth;
469
470       if (!mainThread)
471           continue;
472
473       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
474       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
475           skill.pick_best(multiPV);
476
477       // Have we found a "mate in x"?
478       if (   Limits.mate
479           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
480           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
481           Signals.stop = true;
482
483       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
484       if (Limits.use_time_management())
485       {
486           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
487           {
488               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
489               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
490               // from the previous search and just did a fast verification.
491               const int F[] = { mainThread->failedLow,
492                                 bestValue - mainThread->previousScore };
493
494               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
495               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
496
497               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
498                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
499                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
500
501               if (   rootMoves.size() == 1
502                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
503                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
504               {
505                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
506                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
507                   if (Limits.ponder)
508                       Signals.stopOnPonderhit = true;
509                   else
510                       Signals.stop = true;
511               }
512           }
513
514           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
515               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
516           else
517               EasyMove.clear();
518       }
519   }
520
521   if (!mainThread)
522       return;
523
524   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
525   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
526   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
527       EasyMove.clear();
528
529   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
530   if (skill.enabled())
531       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
532                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
533 }
534
535
536 namespace {
537
538   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
539
540   template <NodeType NT>
541   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
542
543     const bool PvNode = NT == PV;
544     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
545
546     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
547     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
548     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
549     assert(!(PvNode && cutNode));
550     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
551
552     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
553     StateInfo st;
554     TTEntry* tte;
555     Key posKey;
556     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
557     Depth extension, newDepth;
558     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
559     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
560     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
561     Piece moved_piece;
562     int moveCount, quietCount;
563
564     // Step 1. Initialize node
565     Thread* thisThread = pos.this_thread();
566     inCheck = pos.checkers();
567     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
568     ss->history = VALUE_ZERO;
569     bestValue = -VALUE_INFINITE;
570     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
571
572     // Check for the available remaining time
573     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
574     {
575         thisThread->resetCalls = false;
576         thisThread->callsCnt = 0;
577     }
578     if (++thisThread->callsCnt > 4096)
579     {
580         for (Thread* th : Threads)
581             th->resetCalls = true;
582
583         check_time();
584     }
585
586     // Used to send selDepth info to GUI
587     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
588         thisThread->maxPly = ss->ply;
589
590     if (!rootNode)
591     {
592         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
593         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
594             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
595                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
596
597         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
598         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
599         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
600         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
601         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
602         // mate. In this case return a fail-high score.
603         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
604         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
605         if (alpha >= beta)
606             return alpha;
607     }
608
609     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
610
611     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
612     ss->counterMoves = nullptr;
613     (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
614     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
615
616     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
617     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
618     // position key in case of an excluded move.
619     excludedMove = ss->excludedMove;
620     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
621     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
622     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
623     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
624             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
625
626     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
627     if (  !PvNode
628         && ttHit
629         && tte->depth() >= depth
630         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
631         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
632                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
633     {
634         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
635         if (ttValue >= beta && ttMove)
636         {
637             int d = depth / ONE_PLY;
638
639             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
640             {
641                 Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
642                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus);
643             }
644
645             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
646             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
647             {
648                 Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
649                 Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
650                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
651             }
652         }
653         return ttValue;
654     }
655
656     // Step 4a. Tablebase probe
657     if (!rootNode && TB::Cardinality)
658     {
659         int piecesCnt = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
660
661         if (    piecesCnt <= TB::Cardinality
662             && (piecesCnt <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
663             &&  pos.rule50_count() == 0
664             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
665         {
666             TB::ProbeState err;
667             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
668
669             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
670             {
671                 thisThread->tbHits++;
672
673                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
674
675                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
676                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
677                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
678
679                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
680                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
681                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
682
683                 return value;
684             }
685         }
686     }
687
688     // Step 5. Evaluate the position statically
689     if (inCheck)
690     {
691         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
692         goto moves_loop;
693     }
694
695     else if (ttHit)
696     {
697         // Never assume anything on values stored in TT
698         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
699             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
700
701         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
702         if (ttValue != VALUE_NONE)
703             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
704                 eval = ttValue;
705     }
706     else
707     {
708         eval = ss->staticEval =
709         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
710                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
711
712         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
713                   ss->staticEval, TT.generation());
714     }
715
716     if (ss->skipEarlyPruning)
717         goto moves_loop;
718
719     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
720     if (   !PvNode
721         &&  depth < 4 * ONE_PLY
722         &&  ttMove == MOVE_NONE
723         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
724     {
725         if (depth <= ONE_PLY)
726             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, beta, DEPTH_ZERO);
727
728         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
729         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1, DEPTH_ZERO);
730         if (v <= ralpha)
731             return v;
732     }
733
734     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
735     if (   !rootNode
736         &&  depth < 7 * ONE_PLY
737         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
738         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
739         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
740         return eval;
741
742     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
743     if (   !PvNode
744         &&  eval >= beta
745         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
746         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
747     {
748         ss->currentMove = MOVE_NULL;
749         ss->counterMoves = nullptr;
750
751         assert(eval - beta >= 0);
752
753         // Null move dynamic reduction based on depth and value
754         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
755
756         pos.do_null_move(st);
757         (ss+1)->skipEarlyPruning = true;
758         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, DEPTH_ZERO)
759                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
760         (ss+1)->skipEarlyPruning = false;
761         pos.undo_null_move();
762
763         if (nullValue >= beta)
764         {
765             // Do not return unproven mate scores
766             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
767                 nullValue = beta;
768
769             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
770                 return nullValue;
771
772             // Do verification search at high depths
773             ss->skipEarlyPruning = true;
774             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta, DEPTH_ZERO)
775                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
776             ss->skipEarlyPruning = false;
777
778             if (v >= beta)
779                 return nullValue;
780         }
781     }
782
783     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
784     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
785     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
786     if (   !PvNode
787         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
788         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
789     {
790         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
791         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
792
793         assert(rdepth >= ONE_PLY);
794         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
795         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
796
797         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
798
799         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
800             if (pos.legal(move))
801             {
802                 ss->currentMove = move;
803                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
804                 pos.do_move(move, st);
805                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode);
806                 pos.undo_move(move);
807                 if (value >= rbeta)
808                     return value;
809             }
810     }
811
812     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
813     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
814         && !ttMove
815         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
816     {
817         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
818         ss->skipEarlyPruning = true;
819         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode);
820         ss->skipEarlyPruning = false;
821
822         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
823         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
824     }
825
826 moves_loop: // When in check search starts from here
827
828     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
829     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
830     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
831
832     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
833     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
834     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
835             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
836                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
837
838     singularExtensionNode =   !rootNode
839                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
840                            &&  ttMove != MOVE_NONE
841                            &&  ttValue != VALUE_NONE
842                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
843                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
844                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
845
846     // Step 11. Loop through moves
847     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
848     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
849     {
850       assert(is_ok(move));
851
852       if (move == excludedMove)
853           continue;
854
855       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
856       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
857       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
858       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
859                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
860           continue;
861
862       ss->moveCount = ++moveCount;
863
864       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
865           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
866                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
867                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
868
869       if (PvNode)
870           (ss+1)->pv = nullptr;
871
872       extension = DEPTH_ZERO;
873       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
874       moved_piece = pos.moved_piece(move);
875
876       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
877                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
878                   : pos.gives_check(move);
879
880       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
881                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
882
883       // Step 12. Extend checks
884       if (    givesCheck
885           && !moveCountPruning
886           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
887           extension = ONE_PLY;
888
889       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
890       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
891       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
892       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
893       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
894       if (    singularExtensionNode
895           &&  move == ttMove
896           && !extension
897           &&  pos.legal(move))
898       {
899           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
900           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
901           ss->excludedMove = move;
902           ss->skipEarlyPruning = true;
903           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode);
904           ss->skipEarlyPruning = false;
905           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
906
907           if (value < rBeta)
908               extension = ONE_PLY;
909       }
910
911       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
912       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
913
914       // Step 13. Pruning at shallow depth
915       if (  !rootNode
916           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
917       {
918           if (   !captureOrPromotion
919               && !givesCheck
920               && !pos.advanced_pawn_push(move))
921           {
922               // Move count based pruning
923               if (moveCountPruning)
924                   continue;
925
926               // Reduced depth of the next LMR search
927               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
928
929               // Countermoves based pruning
930               if (   lmrDepth < 3
931                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
932                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
933                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
934                   continue;
935
936               // Futility pruning: parent node
937               if (   lmrDepth < 7
938                   && !inCheck
939                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
940                   continue;
941
942               // Prune moves with negative SEE
943               if (   lmrDepth < 8
944                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
945                   continue;
946           }
947           else if (depth < 7 * ONE_PLY && !extension)
948           {
949               Value v = Value(-35 * depth / ONE_PLY * depth / ONE_PLY);
950               if (ss->staticEval != VALUE_NONE)
951                   v += ss->staticEval - alpha - 200;
952
953               if (!pos.see_ge(move, v))
954                   continue;
955           }
956       }
957
958       // Speculative prefetch as early as possible
959       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
960
961       // Check for legality just before making the move
962       if (!rootNode && !pos.legal(move))
963       {
964           ss->moveCount = --moveCount;
965           continue;
966       }
967
968       ss->currentMove = move;
969       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
970
971       // Step 14. Make the move
972       pos.do_move(move, st, givesCheck);
973
974       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
975       // re-searched at full depth.
976       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
977           &&  moveCount > 1
978           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
979       {
980           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
981
982           if (captureOrPromotion)
983               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
984           else
985           {
986               // Increase reduction for cut nodes
987               if (cutNode)
988                   r += 2 * ONE_PLY;
989
990               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
991               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
992               // hence break make_move().
993               else if (   type_of(move) == NORMAL
994                        && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
995                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
996                   r -= 2 * ONE_PLY;
997
998               ss->history = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
999                            +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1000                            +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1001                            +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
1002                            +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move)
1003                            -    8000; // Correction factor
1004
1005               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
1006               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
1007                   r -= ONE_PLY;
1008
1009               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
1010                   r += ONE_PLY;
1011
1012               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1013               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
1014           }
1015
1016           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1017
1018           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1019
1020           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1021       }
1022       else
1023           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1024
1025       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1026       if (doFullDepthSearch)
1027           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1028                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1029                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
1030                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1031
1032       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1033       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1034       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1035       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1036       {
1037           (ss+1)->pv = pv;
1038           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1039
1040           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1041                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1042                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
1043                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1044       }
1045
1046       // Step 17. Undo move
1047       pos.undo_move(move);
1048
1049       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1050
1051       // Step 18. Check for a new best move
1052       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1053       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1054       // updating best move, PV and TT.
1055       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1056           return VALUE_ZERO;
1057
1058       if (rootNode)
1059       {
1060           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1061                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1062
1063           // PV move or new best move ?
1064           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1065           {
1066               rm.score = value;
1067               rm.pv.resize(1);
1068
1069               assert((ss+1)->pv);
1070
1071               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1072                   rm.pv.push_back(*m);
1073
1074               // We record how often the best move has been changed in each
1075               // iteration. This information is used for time management: When
1076               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1077               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1078                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1079           }
1080           else
1081               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1082               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1083               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1084               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1085       }
1086
1087       if (value > bestValue)
1088       {
1089           bestValue = value;
1090
1091           if (value > alpha)
1092           {
1093               // If there is an easy move for this position, clear it if unstable
1094               if (    PvNode
1095                   &&  thisThread == Threads.main()
1096                   &&  EasyMove.get(pos.key())
1097                   && (move != EasyMove.get(pos.key()) || moveCount > 1))
1098                   EasyMove.clear();
1099
1100               bestMove = move;
1101
1102               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1103                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1104
1105               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1106                   alpha = value;
1107               else
1108               {
1109                   assert(value >= beta); // Fail high
1110                   break;
1111               }
1112           }
1113       }
1114
1115       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1116           quietsSearched[quietCount++] = move;
1117     }
1118
1119     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1120     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1121     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1122     /*
1123        if (Signals.stop)
1124         return VALUE_DRAW;
1125     */
1126
1127     // Step 20. Check for mate and stalemate
1128     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1129     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1130     // return a fail low score.
1131
1132     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1133
1134     if (!moveCount)
1135         bestValue = excludedMove ? alpha
1136                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1137     else if (bestMove)
1138     {
1139         int d = depth / ONE_PLY;
1140
1141         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1142         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1143         {
1144             Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1145             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus);
1146         }
1147
1148         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1149         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1150         {
1151             Value penalty = Value(d * d + 4 * d + 1);
1152             Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1153             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -penalty);
1154         }
1155     }
1156     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1157     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1158              && !pos.captured_piece()
1159              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1160     {
1161         int d = depth / ONE_PLY;
1162         Value bonus = Value(d * d + 2 * d - 2);
1163         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1164         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus);
1165     }
1166
1167     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1168               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1169               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1170               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1171
1172     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1173
1174     return bestValue;
1175   }
1176
1177
1178   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1179   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1180   // less than ONE_PLY).
1181
1182   template <NodeType NT, bool InCheck>
1183   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1184
1185     const bool PvNode = NT == PV;
1186
1187     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1188     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1189     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1190     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1191     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1192
1193     Move pv[MAX_PLY+1];
1194     StateInfo st;
1195     TTEntry* tte;
1196     Key posKey;
1197     Move ttMove, move, bestMove;
1198     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1199     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1200     Depth ttDepth;
1201
1202     if (PvNode)
1203     {
1204         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1205         (ss+1)->pv = pv;
1206         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1207     }
1208
1209     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1210     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1211
1212     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1213     if (pos.is_draw() || ss->ply >= MAX_PLY)
1214         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1215                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1216
1217     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1218
1219     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1220     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1221     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1222     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1223                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1224
1225     // Transposition table lookup
1226     posKey = pos.key();
1227     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1228     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1229     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1230
1231     if (  !PvNode
1232         && ttHit
1233         && tte->depth() >= ttDepth
1234         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1235         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1236                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1237         return ttValue;
1238
1239     // Evaluate the position statically
1240     if (InCheck)
1241     {
1242         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1243         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1244     }
1245     else
1246     {
1247         if (ttHit)
1248         {
1249             // Never assume anything on values stored in TT
1250             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1251                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1252
1253             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1254             if (ttValue != VALUE_NONE)
1255                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1256                     bestValue = ttValue;
1257         }
1258         else
1259             ss->staticEval = bestValue =
1260             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1261                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1262
1263         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1264         if (bestValue >= beta)
1265         {
1266             if (!ttHit)
1267                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1268                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1269
1270             return bestValue;
1271         }
1272
1273         if (PvNode && bestValue > alpha)
1274             alpha = bestValue;
1275
1276         futilityBase = bestValue + 128;
1277     }
1278
1279     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1280     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1281     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1282     // be generated.
1283     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1284
1285     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1286     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1287     {
1288       assert(is_ok(move));
1289
1290       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1291                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1292                   : pos.gives_check(move);
1293
1294       // Futility pruning
1295       if (   !InCheck
1296           && !givesCheck
1297           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1298           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1299       {
1300           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1301
1302           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1303
1304           if (futilityValue <= alpha)
1305           {
1306               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1307               continue;
1308           }
1309
1310           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1311           {
1312               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1313               continue;
1314           }
1315       }
1316
1317       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1318       evasionPrunable =    InCheck
1319                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1320                        && !pos.capture(move);
1321
1322       // Don't search moves with negative SEE values
1323       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1324           &&  type_of(move) != PROMOTION
1325           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1326           continue;
1327
1328       // Speculative prefetch as early as possible
1329       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1330
1331       // Check for legality just before making the move
1332       if (!pos.legal(move))
1333           continue;
1334
1335       ss->currentMove = move;
1336
1337       // Make and search the move
1338       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1339       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1340                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1341       pos.undo_move(move);
1342
1343       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1344
1345       // Check for a new best move
1346       if (value > bestValue)
1347       {
1348           bestValue = value;
1349
1350           if (value > alpha)
1351           {
1352               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1353                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1354
1355               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1356               {
1357                   alpha = value;
1358                   bestMove = move;
1359               }
1360               else // Fail high
1361               {
1362                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1363                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1364
1365                   return value;
1366               }
1367           }
1368        }
1369     }
1370
1371     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1372     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1373     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1374         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1375
1376     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1377               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1378               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1379
1380     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1381
1382     return bestValue;
1383   }
1384
1385
1386   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1387   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1388   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1389
1390   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1391
1392     assert(v != VALUE_NONE);
1393
1394     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1395           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1396   }
1397
1398
1399   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1400   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1401   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1402
1403   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1404
1405     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1406           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1407           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1408   }
1409
1410
1411   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1412
1413   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1414
1415     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1416         *pv++ = *childPv++;
1417     *pv = MOVE_NONE;
1418   }
1419
1420
1421   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1422
1423   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1424
1425     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1426     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1427     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1428
1429     if (cmh)
1430         cmh->update(pc, s, bonus);
1431
1432     if (fmh1)
1433         fmh1->update(pc, s, bonus);
1434
1435     if (fmh2)
1436         fmh2->update(pc, s, bonus);
1437   }
1438
1439
1440   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1441   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1442
1443   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1444                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1445
1446     if (ss->killers[0] != move)
1447     {
1448         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1449         ss->killers[0] = move;
1450     }
1451
1452     Color c = pos.side_to_move();
1453     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1454     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1455     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1456     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1457
1458     if ((ss-1)->counterMoves)
1459     {
1460         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1461         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1462     }
1463
1464     // Decrease all the other played quiet moves
1465     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1466     {
1467         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1468         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1469         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1470     }
1471   }
1472
1473
1474   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1475   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1476
1477   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1478
1479     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1480     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1481
1482     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1483     Value topScore = rootMoves[0].score;
1484     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1485     int weakness = 120 - 2 * level;
1486     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1487
1488     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1489     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1490     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1491     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1492     {
1493         // This is our magic formula
1494         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1495                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1496
1497         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1498         {
1499             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1500             best = rootMoves[i].pv[0];
1501         }
1502     }
1503
1504     return best;
1505   }
1506
1507
1508   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1509   // when we are out of available time and thus stop the search.
1510
1511   void check_time() {
1512
1513     static TimePoint lastInfoTime = now();
1514
1515     int elapsed = Time.elapsed();
1516     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1517
1518     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1519     {
1520         lastInfoTime = tick;
1521         dbg_print();
1522     }
1523
1524     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1525     if (Limits.ponder)
1526         return;
1527
1528     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1529         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1530         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1531             Signals.stop = true;
1532   }
1533
1534 } // namespace
1535
1536
1537 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1538 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1539
1540 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1541
1542   std::stringstream ss;
1543   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1544   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1545   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1546   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1547   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1548   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1549
1550   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1551   {
1552       bool updated = (i <= PVIdx);
1553
1554       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1555           continue;
1556
1557       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1558       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1559
1560       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1561       v = tb ? TB::Score : v;
1562
1563       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1564           ss << "\n";
1565
1566       ss << "info"
1567          << " depth "    << d / ONE_PLY
1568          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1569          << " multipv "  << i + 1
1570          << " score "    << UCI::value(v);
1571
1572       if (!tb && i == PVIdx)
1573           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1574
1575       ss << " nodes "    << nodesSearched
1576          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1577
1578       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1579           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1580
1581       ss << " tbhits "   << tbHits
1582          << " time "     << elapsed
1583          << " pv";
1584
1585       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1586           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1587   }
1588
1589   return ss.str();
1590 }
1591
1592
1593 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1594 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1595 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1596 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1597
1598 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1599
1600     StateInfo st;
1601     bool ttHit;
1602
1603     assert(pv.size() == 1);
1604
1605     if (!pv[0])
1606         return false;
1607
1608     pos.do_move(pv[0], st);
1609     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1610
1611     if (ttHit)
1612     {
1613         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1614         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1615             pv.push_back(m);
1616     }
1617
1618     pos.undo_move(pv[0]);
1619     return pv.size() > 1;
1620 }
1621
1622 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1623
1624     RootInTB = false;
1625     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1626     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1627     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1628
1629     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1630     if (Cardinality > MaxCardinality)
1631     {
1632         Cardinality = MaxCardinality;
1633         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1634     }
1635
1636     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1637         return;
1638
1639     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1640     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1641     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1642
1643     if (RootInTB)
1644         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1645
1646     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1647     {
1648         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1649         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1650
1651         // Only probe during search if winning
1652         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1653             Cardinality = 0;
1654     }
1655
1656     if (RootInTB && !UseRule50)
1657         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1658                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1659                                             :  VALUE_DRAW;
1660 }