a9fc1c6d4c80b41aec8c20c4b6b2e7c070760050
[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   Value bonus(Depth depth)   { int d = depth / ONE_PLY ; return  Value(d * d + 2 * d - 2); }
159   Value penalty(Depth depth) { int d = depth / ONE_PLY ; return -Value(d * d + 4 * d + 1); }
160
161   EasyMoveManager EasyMove;
162   Value DrawValue[COLOR_NB];
163
164   template <NodeType NT>
165   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
166
167   template <NodeType NT, bool InCheck>
168   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
169
170   Value value_to_tt(Value v, int ply);
171   Value value_from_tt(Value v, int ply);
172   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
173   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus);
174   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus);
175   void check_time();
176
177 } // namespace
178
179
180 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
181
182 void Search::init() {
183
184   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
185       for (int d = 1; d < 64; ++d)
186           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
187           {
188               double r = log(d) * log(mc) / 2;
189
190               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
191               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
192
193               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
194               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
195                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
196           }
197
198   for (int d = 0; d < 16; ++d)
199   {
200       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.773 * pow(d + 0.00, 1.8));
201       FutilityMoveCounts[1][d] = int(2.9 + 1.045 * pow(d + 0.49, 1.8));
202   }
203 }
204
205
206 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
207
208 void Search::clear() {
209
210   TT.clear();
211
212   for (Thread* th : Threads)
213   {
214       th->history.clear();
215       th->counterMoves.clear();
216       th->fromTo.clear();
217       th->counterMoveHistory.clear();
218       th->resetCalls = true;
219   }
220
221   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
222 }
223
224
225 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
226 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
227 template<bool Root>
228 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
229
230   StateInfo st;
231   uint64_t cnt, nodes = 0;
232   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
233
234   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
235   {
236       if (Root && depth <= ONE_PLY)
237           cnt = 1, nodes++;
238       else
239       {
240           pos.do_move(m, st);
241           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
242           nodes += cnt;
243           pos.undo_move(m);
244       }
245       if (Root)
246           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
247   }
248   return nodes;
249 }
250
251 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
252
253
254 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
255 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
256
257 void MainThread::search() {
258
259   Color us = rootPos.side_to_move();
260   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
261
262   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
263   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
264   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
265
266   if (rootMoves.empty())
267   {
268       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
269       sync_cout << "info depth 0 score "
270                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
271                 << sync_endl;
272   }
273   else
274   {
275       for (Thread* th : Threads)
276           if (th != this)
277               th->start_searching();
278
279       Thread::search(); // Let's start searching!
280   }
281
282   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
283   // the available ones before exiting.
284   if (Limits.npmsec)
285       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
286
287   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
288   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
289   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
290   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
291   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
292   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
293   {
294       Signals.stopOnPonderhit = true;
295       wait(Signals.stop);
296   }
297
298   // Stop the threads if not already stopped
299   Signals.stop = true;
300
301   // Wait until all threads have finished
302   for (Thread* th : Threads)
303       if (th != this)
304           th->wait_for_search_finished();
305
306   // Check if there are threads with a better score than main thread
307   Thread* bestThread = this;
308   if (   !this->easyMovePlayed
309       &&  Options["MultiPV"] == 1
310       && !Limits.depth
311       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
312       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
313   {
314       for (Thread* th : Threads)
315       {
316           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
317           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
318
319           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
320               bestThread = th;
321       }
322   }
323
324   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
325
326   // Send new PV when needed
327   if (bestThread != this)
328       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
329
330   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
331
332   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
333       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
334
335   std::cout << sync_endl;
336 }
337
338
339 // Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
340 // repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
341 // consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
342
343 void Thread::search() {
344
345   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
346   Value bestValue, alpha, beta, delta;
347   Move easyMove = MOVE_NONE;
348   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
349
350   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
351
352   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
353   beta = VALUE_INFINITE;
354   completedDepth = DEPTH_ZERO;
355
356   if (mainThread)
357   {
358       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
359       EasyMove.clear();
360       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
361       mainThread->bestMoveChanges = 0;
362       TT.new_search();
363   }
364
365   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
366   Skill skill(Options["Skill Level"]);
367
368   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
369   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
370   if (skill.enabled())
371       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
372
373   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
374
375   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
376   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
377          && !Signals.stop
378          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
379   {
380       // Set up the new depths for the helper threads skipping on average every
381       // 2nd ply (using a half-density matrix).
382       if (!mainThread)
383       {
384           const Row& row = HalfDensity[(idx - 1) % HalfDensitySize];
385           if (row[(rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply()) % row.size()])
386              continue;
387       }
388
389       // Age out PV variability metric
390       if (mainThread)
391           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
392
393       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
394       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
395       for (RootMove& rm : rootMoves)
396           rm.previousScore = rm.score;
397
398       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
399       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
400       {
401           // Reset aspiration window starting size
402           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
403           {
404               delta = Value(18);
405               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
406               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
407           }
408
409           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
410           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
411           // high/low anymore.
412           while (true)
413           {
414               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
415
416               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
417               // is done with a stable algorithm because all the values but the
418               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
419               // and we want to keep the same order for all the moves except the
420               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
421               // search the already searched PV lines are preserved.
422               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
423
424               // If search has been stopped, break immediately. Sorting and
425               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
426               // valid, although it refers to the previous iteration.
427               if (Signals.stop)
428                   break;
429
430               // When failing high/low give some update (without cluttering
431               // the UI) before a re-search.
432               if (   mainThread
433                   && multiPV == 1
434                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
435                   && Time.elapsed() > 3000)
436                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
437
438               // In case of failing low/high increase aspiration window and
439               // re-search, otherwise exit the loop.
440               if (bestValue <= alpha)
441               {
442                   beta = (alpha + beta) / 2;
443                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
444
445                   if (mainThread)
446                   {
447                       mainThread->failedLow = true;
448                       Signals.stopOnPonderhit = false;
449                   }
450               }
451               else if (bestValue >= beta)
452               {
453                   alpha = (alpha + beta) / 2;
454                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
455               }
456               else
457                   break;
458
459               delta += delta / 4 + 5;
460
461               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
462           }
463
464           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
465           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
466
467           if (!mainThread)
468               continue;
469
470           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
471               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
472       }
473
474       if (!Signals.stop)
475           completedDepth = rootDepth;
476
477       if (!mainThread)
478           continue;
479
480       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
481       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
482           skill.pick_best(multiPV);
483
484       // Have we found a "mate in x"?
485       if (   Limits.mate
486           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
487           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
488           Signals.stop = true;
489
490       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
491       if (Limits.use_time_management())
492       {
493           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
494           {
495               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
496               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
497               // from the previous search and just did a fast verification.
498               const int F[] = { mainThread->failedLow,
499                                 bestValue - mainThread->previousScore };
500
501               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
502               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
503
504               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
505                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
506                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 42;
507
508               if (   rootMoves.size() == 1
509                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
510                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
511               {
512                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
513                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
514                   if (Limits.ponder)
515                       Signals.stopOnPonderhit = true;
516                   else
517                       Signals.stop = true;
518               }
519           }
520
521           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
522               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
523           else
524               EasyMove.clear();
525       }
526   }
527
528   if (!mainThread)
529       return;
530
531   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
532   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
533   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
534       EasyMove.clear();
535
536   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
537   if (skill.enabled())
538       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
539                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
540 }
541
542
543 namespace {
544
545   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
546
547   template <NodeType NT>
548   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
549
550     const bool PvNode = NT == PV;
551     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
552
553     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
554     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
555     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
556     assert(!(PvNode && cutNode));
557     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
558
559     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
560     StateInfo st;
561     TTEntry* tte;
562     Key posKey;
563     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
564     Depth extension, newDepth;
565     Value bestValue, value, ttValue, eval, nullValue;
566     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
567     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning;
568     Piece moved_piece;
569     int moveCount, quietCount;
570
571     // Step 1. Initialize node
572     Thread* thisThread = pos.this_thread();
573     inCheck = pos.checkers();
574     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
575     ss->history = VALUE_ZERO;
576     bestValue = -VALUE_INFINITE;
577     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
578
579     // Check for the available remaining time
580     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
581     {
582         thisThread->resetCalls = false;
583         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
584         // otherwise use a default value.
585         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min((int64_t)4096, Limits.nodes / 1024)
586                                             : 4096;
587     }
588
589     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
590     {
591         for (Thread* th : Threads)
592             th->resetCalls = true;
593
594         check_time();
595     }
596
597     // Used to send selDepth info to GUI
598     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
599         thisThread->maxPly = ss->ply;
600
601     if (!rootNode)
602     {
603         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
604         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
605             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
606                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
607
608         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
609         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
610         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
611         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
612         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
613         // mate. In this case return a fail-high score.
614         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
615         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
616         if (alpha >= beta)
617             return alpha;
618     }
619
620     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
621
622     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
623     ss->counterMoves = nullptr;
624     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
625     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
626
627     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
628     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
629     // position key in case of an excluded move.
630     excludedMove = ss->excludedMove;
631     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
632     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
633     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
634     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
635             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
636
637     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
638     if (  !PvNode
639         && ttHit
640         && tte->depth() >= depth
641         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
642         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
643                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
644     {
645         // If ttMove is quiet, update killers, history, counter move on TT hit
646         if (ttValue >= beta && ttMove)
647         {
648             if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
649                 update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, bonus(depth));
650
651             // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
652             if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
653                 update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, penalty(depth));
654         }
655         return ttValue;
656     }
657
658     // Step 4a. Tablebase probe
659     if (!rootNode && TB::Cardinality)
660     {
661         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>(WHITE) + pos.count<ALL_PIECES>(BLACK);
662
663         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
664             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
665             &&  pos.rule50_count() == 0
666             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
667         {
668             TB::ProbeState err;
669             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
670
671             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
672             {
673                 thisThread->tbHits++;
674
675                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
676
677                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
678                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
679                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
680
681                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
682                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
683                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
684
685                 return value;
686             }
687         }
688     }
689
690     // Step 5. Evaluate the position statically
691     if (inCheck)
692     {
693         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
694         goto moves_loop;
695     }
696
697     else if (ttHit)
698     {
699         // Never assume anything on values stored in TT
700         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
701             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
702
703         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
704         if (ttValue != VALUE_NONE)
705             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
706                 eval = ttValue;
707     }
708     else
709     {
710         eval = ss->staticEval =
711         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
712                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
713
714         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
715                   ss->staticEval, TT.generation());
716     }
717
718     if (skipEarlyPruning)
719         goto moves_loop;
720
721     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
722     if (   !PvNode
723         &&  depth < 4 * ONE_PLY
724         &&  ttMove == MOVE_NONE
725         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
726     {
727         if (depth <= ONE_PLY)
728             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
729
730         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
731         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
732         if (v <= ralpha)
733             return v;
734     }
735
736     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
737     if (   !rootNode
738         &&  depth < 7 * ONE_PLY
739         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
740         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
741         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
742         return eval;
743
744     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
745     if (   !PvNode
746         &&  eval >= beta
747         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
748         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
749     {
750         ss->currentMove = MOVE_NULL;
751         ss->counterMoves = nullptr;
752
753         assert(eval - beta >= 0);
754
755         // Null move dynamic reduction based on depth and value
756         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
757
758         pos.do_null_move(st);
759         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
760                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
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             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
774                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
775
776             if (v >= beta)
777                 return nullValue;
778         }
779     }
780
781     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
782     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
783     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
784     if (   !PvNode
785         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
786         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
787     {
788         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
789         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
790
791         assert(rdepth >= ONE_PLY);
792         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
793         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
794
795         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
796
797         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
798             if (pos.legal(move))
799             {
800                 ss->currentMove = move;
801                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
802                 pos.do_move(move, st);
803                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
804                 pos.undo_move(move);
805                 if (value >= rbeta)
806                     return value;
807             }
808     }
809
810     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
811     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
812         && !ttMove
813         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
814     {
815         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
816         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
817
818         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
819         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
820     }
821
822 moves_loop: // When in check search starts from here
823
824     const CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
825     const CounterMoveStats* fmh  = (ss-2)->counterMoves;
826     const CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
827
828     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
829     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
830     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
831             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
832                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
833
834     singularExtensionNode =   !rootNode
835                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
836                            &&  ttMove != MOVE_NONE
837                            &&  ttValue != VALUE_NONE
838                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
839                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
840                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
841
842     // Step 11. Loop through moves
843     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
844     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
845     {
846       assert(is_ok(move));
847
848       if (move == excludedMove)
849           continue;
850
851       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
852       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
853       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
854       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
855                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
856           continue;
857
858       ss->moveCount = ++moveCount;
859
860       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
861           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
862                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
863                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
864
865       if (PvNode)
866           (ss+1)->pv = nullptr;
867
868       extension = DEPTH_ZERO;
869       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
870       moved_piece = pos.moved_piece(move);
871
872       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
873                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
874                   : pos.gives_check(move);
875
876       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
877                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
878
879       // Step 12. Extend checks
880       if (    givesCheck
881           && !moveCountPruning
882           &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
883           extension = ONE_PLY;
884
885       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
886       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
887       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
888       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
889       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
890       if (    singularExtensionNode
891           &&  move == ttMove
892           && !extension
893           &&  pos.legal(move))
894       {
895           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
896           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
897           ss->excludedMove = move;
898           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
899           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
900
901           if (value < rBeta)
902               extension = ONE_PLY;
903       }
904
905       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
906       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
907
908       // Step 13. Pruning at shallow depth
909       if (  !rootNode
910           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
911       {
912           if (   !captureOrPromotion
913               && !givesCheck
914               && !pos.advanced_pawn_push(move))
915           {
916               // Move count based pruning
917               if (moveCountPruning)
918                   continue;
919
920               // Reduced depth of the next LMR search
921               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
922
923               // Countermoves based pruning
924               if (   lmrDepth < 3
925                   && (!cmh  || (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
926                   && (!fmh  || (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO)
927                   && (!fmh2 || (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] < VALUE_ZERO || (cmh && fmh)))
928                   continue;
929
930               // Futility pruning: parent node
931               if (   lmrDepth < 7
932                   && !inCheck
933                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
934                   continue;
935
936               // Prune moves with negative SEE
937               if (   lmrDepth < 8
938                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
939                   continue;
940           }
941           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
942                    && !extension
943                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
944                   continue;
945       }
946
947       // Speculative prefetch as early as possible
948       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
949
950       // Check for legality just before making the move
951       if (!rootNode && !pos.legal(move))
952       {
953           ss->moveCount = --moveCount;
954           continue;
955       }
956
957       ss->currentMove = move;
958       ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[moved_piece][to_sq(move)];
959
960       // Step 14. Make the move
961       pos.do_move(move, st, givesCheck);
962
963       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
964       // re-searched at full depth.
965       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
966           &&  moveCount > 1
967           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
968       {
969           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
970
971           if (captureOrPromotion)
972               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
973           else
974           {
975               // Increase reduction for cut nodes
976               if (cutNode)
977                   r += 2 * ONE_PLY;
978
979               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
980               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
981               // hence break make_move().
982               else if (   type_of(move) == NORMAL
983                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move)),  VALUE_ZERO))
984                   r -= 2 * ONE_PLY;
985
986               ss->history = thisThread->history[moved_piece][to_sq(move)]
987                            +    (cmh  ? (*cmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
988                            +    (fmh  ? (*fmh )[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
989                            +    (fmh2 ? (*fmh2)[moved_piece][to_sq(move)] : VALUE_ZERO)
990                            +    thisThread->fromTo.get(~pos.side_to_move(), move)
991                            -    8000; // Correction factor
992
993               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
994               if (ss->history > VALUE_ZERO && (ss-1)->history < VALUE_ZERO)
995                   r -= ONE_PLY;
996
997               else if (ss->history < VALUE_ZERO && (ss-1)->history > VALUE_ZERO)
998                   r += ONE_PLY;
999
1000               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1001               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
1002           }
1003
1004           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1005
1006           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1007
1008           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1009       }
1010       else
1011           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1012
1013       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1014       if (doFullDepthSearch)
1015           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1016                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1017                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1018                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1019
1020       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1021       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1022       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1023       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1024       {
1025           (ss+1)->pv = pv;
1026           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1027
1028           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1029                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1030                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1031                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1032       }
1033
1034       // Step 17. Undo move
1035       pos.undo_move(move);
1036
1037       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1038
1039       // Step 18. Check for a new best move
1040       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1041       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1042       // updating best move, PV and TT.
1043       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1044           return VALUE_ZERO;
1045
1046       if (rootNode)
1047       {
1048           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1049                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1050
1051           // PV move or new best move ?
1052           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1053           {
1054               rm.score = value;
1055               rm.pv.resize(1);
1056
1057               assert((ss+1)->pv);
1058
1059               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1060                   rm.pv.push_back(*m);
1061
1062               // We record how often the best move has been changed in each
1063               // iteration. This information is used for time management: When
1064               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1065               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1066                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1067           }
1068           else
1069               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1070               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1071               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1072               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1073       }
1074
1075       if (value > bestValue)
1076       {
1077           bestValue = value;
1078
1079           if (value > alpha)
1080           {
1081               bestMove = move;
1082
1083               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1084                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1085
1086               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1087                   alpha = value;
1088               else
1089               {
1090                   assert(value >= beta); // Fail high
1091                   break;
1092               }
1093           }
1094       }
1095
1096       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1097           quietsSearched[quietCount++] = move;
1098     }
1099
1100     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1101     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1102     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1103     /*
1104        if (Signals.stop)
1105         return VALUE_DRAW;
1106     */
1107
1108     // Step 20. Check for mate and stalemate
1109     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1110     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1111     // return a fail low score.
1112
1113     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1114
1115     if (!moveCount)
1116         bestValue = excludedMove ? alpha
1117                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1118     else if (bestMove)
1119     {
1120
1121         // Quiet best move: update killers, history and countermoves
1122         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1123             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, bonus(depth));
1124
1125         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1126         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1127             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, penalty(depth));
1128     }
1129     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1130     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1131              && !pos.captured_piece()
1132              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1133         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, bonus(depth));
1134
1135     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1136               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1137               PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1138               depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1139
1140     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1141
1142     return bestValue;
1143   }
1144
1145
1146   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1147   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1148
1149   template <NodeType NT, bool InCheck>
1150   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1151
1152     const bool PvNode = NT == PV;
1153
1154     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1155     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1156     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1157     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1158     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1159
1160     Move pv[MAX_PLY+1];
1161     StateInfo st;
1162     TTEntry* tte;
1163     Key posKey;
1164     Move ttMove, move, bestMove;
1165     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1166     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1167     Depth ttDepth;
1168
1169     if (PvNode)
1170     {
1171         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1172         (ss+1)->pv = pv;
1173         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1174     }
1175
1176     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1177     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1178
1179     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1180     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1181         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1182                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1183
1184     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1185
1186     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1187     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1188     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1189     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1190                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1191
1192     // Transposition table lookup
1193     posKey = pos.key();
1194     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1195     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1196     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1197
1198     if (  !PvNode
1199         && ttHit
1200         && tte->depth() >= ttDepth
1201         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1202         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1203                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1204         return ttValue;
1205
1206     // Evaluate the position statically
1207     if (InCheck)
1208     {
1209         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1210         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1211     }
1212     else
1213     {
1214         if (ttHit)
1215         {
1216             // Never assume anything on values stored in TT
1217             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1218                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1219
1220             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1221             if (ttValue != VALUE_NONE)
1222                 if (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
1223                     bestValue = ttValue;
1224         }
1225         else
1226             ss->staticEval = bestValue =
1227             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1228                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1229
1230         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1231         if (bestValue >= beta)
1232         {
1233             if (!ttHit)
1234                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1235                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1236
1237             return bestValue;
1238         }
1239
1240         if (PvNode && bestValue > alpha)
1241             alpha = bestValue;
1242
1243         futilityBase = bestValue + 128;
1244     }
1245
1246     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1247     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1248     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1249     // be generated.
1250     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, to_sq((ss-1)->currentMove));
1251
1252     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1253     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1254     {
1255       assert(is_ok(move));
1256
1257       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1258                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1259                   : pos.gives_check(move);
1260
1261       // Futility pruning
1262       if (   !InCheck
1263           && !givesCheck
1264           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1265           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1266       {
1267           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1268
1269           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1270
1271           if (futilityValue <= alpha)
1272           {
1273               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1274               continue;
1275           }
1276
1277           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1278           {
1279               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1280               continue;
1281           }
1282       }
1283
1284       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1285       evasionPrunable =    InCheck
1286                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1287                        && !pos.capture(move);
1288
1289       // Don't search moves with negative SEE values
1290       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1291           &&  type_of(move) != PROMOTION
1292           &&  !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
1293           continue;
1294
1295       // Speculative prefetch as early as possible
1296       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1297
1298       // Check for legality just before making the move
1299       if (!pos.legal(move))
1300           continue;
1301
1302       ss->currentMove = move;
1303
1304       // Make and search the move
1305       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1306       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1307                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1308       pos.undo_move(move);
1309
1310       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1311
1312       // Check for a new best move
1313       if (value > bestValue)
1314       {
1315           bestValue = value;
1316
1317           if (value > alpha)
1318           {
1319               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1320                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1321
1322               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1323               {
1324                   alpha = value;
1325                   bestMove = move;
1326               }
1327               else // Fail high
1328               {
1329                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1330                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1331
1332                   return value;
1333               }
1334           }
1335        }
1336     }
1337
1338     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1339     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1340     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1341         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1342
1343     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1344               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1345               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1346
1347     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1348
1349     return bestValue;
1350   }
1351
1352
1353   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1354   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1355   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1356
1357   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1358
1359     assert(v != VALUE_NONE);
1360
1361     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1362           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1363   }
1364
1365
1366   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1367   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1368   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1369
1370   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1371
1372     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1373           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1374           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1375   }
1376
1377
1378   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1379
1380   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1381
1382     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1383         *pv++ = *childPv++;
1384     *pv = MOVE_NONE;
1385   }
1386
1387
1388   // update_cm_stats() updates countermove and follow-up move history
1389
1390   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, Value bonus) {
1391
1392     CounterMoveStats* cmh  = (ss-1)->counterMoves;
1393     CounterMoveStats* fmh1 = (ss-2)->counterMoves;
1394     CounterMoveStats* fmh2 = (ss-4)->counterMoves;
1395
1396     if (cmh)
1397         cmh->update(pc, s, bonus);
1398
1399     if (fmh1)
1400         fmh1->update(pc, s, bonus);
1401
1402     if (fmh2)
1403         fmh2->update(pc, s, bonus);
1404   }
1405
1406
1407   // update_stats() updates killers, history, countermove and countermove plus
1408   // follow-up move history when a new quiet best move is found.
1409
1410   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1411                     Move* quiets, int quietsCnt, Value bonus) {
1412
1413     if (ss->killers[0] != move)
1414     {
1415         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1416         ss->killers[0] = move;
1417     }
1418
1419     Color c = pos.side_to_move();
1420     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1421     thisThread->fromTo.update(c, move, bonus);
1422     thisThread->history.update(pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1423     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1424
1425     if ((ss-1)->counterMoves)
1426     {
1427         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1428         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1429     }
1430
1431     // Decrease all the other played quiet moves
1432     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1433     {
1434         thisThread->fromTo.update(c, quiets[i], -bonus);
1435         thisThread->history.update(pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1436         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1437     }
1438   }
1439
1440
1441   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1442   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1443
1444   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1445
1446     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1447     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1448
1449     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1450     Value topScore = rootMoves[0].score;
1451     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1452     int weakness = 120 - 2 * level;
1453     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1454
1455     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1456     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1457     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1458     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1459     {
1460         // This is our magic formula
1461         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1462                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1463
1464         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1465         {
1466             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1467             best = rootMoves[i].pv[0];
1468         }
1469     }
1470
1471     return best;
1472   }
1473
1474
1475   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1476   // when we are out of available time and thus stop the search.
1477
1478   void check_time() {
1479
1480     static TimePoint lastInfoTime = now();
1481
1482     int elapsed = Time.elapsed();
1483     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1484
1485     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1486     {
1487         lastInfoTime = tick;
1488         dbg_print();
1489     }
1490
1491     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1492     if (Limits.ponder)
1493         return;
1494
1495     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1496         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1497         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1498             Signals.stop = true;
1499   }
1500
1501 } // namespace
1502
1503
1504 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1505 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1506
1507 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1508
1509   std::stringstream ss;
1510   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1511   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1512   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1513   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1514   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1515   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1516
1517   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1518   {
1519       bool updated = (i <= PVIdx);
1520
1521       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1522           continue;
1523
1524       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1525       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1526
1527       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1528       v = tb ? TB::Score : v;
1529
1530       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1531           ss << "\n";
1532
1533       ss << "info"
1534          << " depth "    << d / ONE_PLY
1535          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1536          << " multipv "  << i + 1
1537          << " score "    << UCI::value(v);
1538
1539       if (!tb && i == PVIdx)
1540           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1541
1542       ss << " nodes "    << nodesSearched
1543          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1544
1545       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1546           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1547
1548       ss << " tbhits "   << tbHits
1549          << " time "     << elapsed
1550          << " pv";
1551
1552       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1553           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1554   }
1555
1556   return ss.str();
1557 }
1558
1559
1560 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1561 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1562 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1563 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1564
1565 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1566
1567     StateInfo st;
1568     bool ttHit;
1569
1570     assert(pv.size() == 1);
1571
1572     if (!pv[0])
1573         return false;
1574
1575     pos.do_move(pv[0], st);
1576     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1577
1578     if (ttHit)
1579     {
1580         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1581         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1582             pv.push_back(m);
1583     }
1584
1585     pos.undo_move(pv[0]);
1586     return pv.size() > 1;
1587 }
1588
1589 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1590
1591     RootInTB = false;
1592     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1593     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1594     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1595
1596     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1597     if (Cardinality > MaxCardinality)
1598     {
1599         Cardinality = MaxCardinality;
1600         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1601     }
1602
1603     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1604         return;
1605
1606     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1607     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1608     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1609
1610     if (RootInTB)
1611         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1612
1613     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1614     {
1615         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1616         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1617
1618         // Only probe during search if winning
1619         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1620             Cardinality = 0;
1621     }
1622
1623     if (RootInTB && !UseRule50)
1624         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1625                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1626                                             :  VALUE_DRAW;
1627 }