Tune search constants
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   constexpr uint64_t ttHitAverageWindow     = 4096;
65   constexpr uint64_t ttHitAverageResolution = 1024;
66
67   // Razor and futility margins
68   constexpr int RazorMargin = 531;
69   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
70     return Value(217 * (d - improving));
71   }
72
73   // Reductions lookup table, initialized at startup
74   int Reductions[MAX_MOVES]; // [depth or moveNumber]
75
76   Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
77     int r = Reductions[d] * Reductions[mn];
78     return (r + 511) / 1024 + (!i && r > 1007);
79   }
80
81   constexpr int futility_move_count(bool improving, Depth depth) {
82     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2 - 1;
83   }
84
85   // History and stats update bonus, based on depth
86   int stat_bonus(Depth d) {
87     return d > 15 ? -8 : 19 * d * d + 155 * d - 132;
88   }
89
90   // Add a small random component to draw evaluations to avoid 3fold-blindness
91   Value value_draw(Thread* thisThread) {
92     return VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes & 1) - 1);
93   }
94
95   // Skill structure is used to implement strength limit
96   struct Skill {
97     explicit Skill(int l) : level(l) {}
98     bool enabled() const { return level < 20; }
99     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth == 1 + level; }
100     Move pick_best(size_t multiPV);
101
102     int level;
103     Move best = MOVE_NONE;
104   };
105
106   // Breadcrumbs are used to mark nodes as being searched by a given thread
107   struct Breadcrumb {
108     std::atomic<Thread*> thread;
109     std::atomic<Key> key;
110   };
111   std::array<Breadcrumb, 1024> breadcrumbs;
112
113   // ThreadHolding structure keeps track of which thread left breadcrumbs at the given
114   // node for potential reductions. A free node will be marked upon entering the moves
115   // loop by the constructor, and unmarked upon leaving that loop by the destructor.
116   struct ThreadHolding {
117     explicit ThreadHolding(Thread* thisThread, Key posKey, int ply) {
118        location = ply < 8 ? &breadcrumbs[posKey & (breadcrumbs.size() - 1)] : nullptr;
119        otherThread = false;
120        owning = false;
121        if (location)
122        {
123           // See if another already marked this location, if not, mark it ourselves
124           Thread* tmp = (*location).thread.load(std::memory_order_relaxed);
125           if (tmp == nullptr)
126           {
127               (*location).thread.store(thisThread, std::memory_order_relaxed);
128               (*location).key.store(posKey, std::memory_order_relaxed);
129               owning = true;
130           }
131           else if (   tmp != thisThread
132                    && (*location).key.load(std::memory_order_relaxed) == posKey)
133               otherThread = true;
134        }
135     }
136
137     ~ThreadHolding() {
138        if (owning) // Free the marked location
139            (*location).thread.store(nullptr, std::memory_order_relaxed);
140     }
141
142     bool marked() { return otherThread; }
143
144     private:
145     Breadcrumb* location;
146     bool otherThread, owning;
147   };
148
149   template <NodeType NT>
150   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
151
152   template <NodeType NT>
153   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = 0);
154
155   Value value_to_tt(Value v, int ply);
156   Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c);
157   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
158   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
159   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus);
160   void update_all_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move bestMove, Value bestValue, Value beta, Square prevSq,
161                         Move* quietsSearched, int quietCount, Move* capturesSearched, int captureCount, Depth depth);
162
163   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
164   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
165   template<bool Root>
166   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
167
168     StateInfo st;
169     uint64_t cnt, nodes = 0;
170     const bool leaf = (depth == 2);
171
172     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
173     {
174         if (Root && depth <= 1)
175             cnt = 1, nodes++;
176         else
177         {
178             pos.do_move(m, st);
179             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - 1);
180             nodes += cnt;
181             pos.undo_move(m);
182         }
183         if (Root)
184             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
185     }
186     return nodes;
187   }
188
189 } // namespace
190
191
192 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
193
194 void Search::init() {
195
196   for (int i = 1; i < MAX_MOVES; ++i)
197       Reductions[i] = int((24.8 + std::log(Threads.size()) / 2) * std::log(i));
198 }
199
200
201 /// Search::clear() resets search state to its initial value
202
203 void Search::clear() {
204
205   Threads.main()->wait_for_search_finished();
206
207   Time.availableNodes = 0;
208   TT.clear();
209   Threads.clear();
210   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free mapped files
211 }
212
213
214 /// MainThread::search() is started when the program receives the UCI 'go'
215 /// command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
216
217 void MainThread::search() {
218
219   if (Limits.perft)
220   {
221       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft);
222       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
223       return;
224   }
225
226   Color us = rootPos.side_to_move();
227   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
228   TT.new_search();
229
230   if (rootMoves.empty())
231   {
232       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
233       sync_cout << "info depth 0 score "
234                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
235                 << sync_endl;
236   }
237   else
238   {
239       for (Thread* th : Threads)
240       {
241           th->bestMoveChanges = 0;
242           if (th != this)
243               th->start_searching();
244       }
245
246       Thread::search(); // Let's start searching!
247   }
248
249   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
250   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
251   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
252   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
253   // until the GUI sends one of those commands.
254
255   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
256   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
257
258   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
259   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
260   Threads.stop = true;
261
262   // Wait until all threads have finished
263   for (Thread* th : Threads)
264       if (th != this)
265           th->wait_for_search_finished();
266
267   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
268   // the available ones before exiting.
269   if (Limits.npmsec)
270       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
271
272   Thread* bestThread = this;
273
274   // Check if there are threads with a better score than main thread
275   if (    Options["MultiPV"] == 1
276       && !Limits.depth
277       && !(Skill(Options["Skill Level"]).enabled() || Options["UCI_LimitStrength"])
278       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
279   {
280       std::map<Move, int64_t> votes;
281       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
282
283       // Find out minimum score
284       for (Thread* th: Threads)
285           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
286
287       // Vote according to score and depth, and select the best thread
288       for (Thread* th : Threads)
289       {
290           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=
291               (th->rootMoves[0].score - minScore + 14) * int(th->completedDepth);
292
293           if (bestThread->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
294           {
295               // Make sure we pick the shortest mate
296               if (th->rootMoves[0].score > bestThread->rootMoves[0].score)
297                   bestThread = th;
298           }
299           else if (   th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
300                    || votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > votes[bestThread->rootMoves[0].pv[0]])
301               bestThread = th;
302       }
303   }
304
305   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
306
307   // Send again PV info if we have a new best thread
308   if (bestThread != this)
309       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
310
311   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
312
313   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
314       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
315
316   std::cout << sync_endl;
317 }
318
319
320 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
321 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
322 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
323
324 void Thread::search() {
325
326   // To allow access to (ss-7) up to (ss+2), the stack must be oversized.
327   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
328   // which accesses its argument at ss-6, also near the root.
329   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
330   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
331   Move  pv[MAX_PLY+1];
332   Value bestValue, alpha, beta, delta;
333   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
334   Depth lastBestMoveDepth = 0;
335   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
336   double timeReduction = 1, totBestMoveChanges = 0;
337   Color us = rootPos.side_to_move();
338   int iterIdx = 0;
339
340   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
341   for (int i = 7; i > 0; i--)
342       (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0]; // Use as a sentinel
343
344   ss->pv = pv;
345
346   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
347   beta = VALUE_INFINITE;
348
349   if (mainThread)
350   {
351       if (mainThread->previousScore == VALUE_INFINITE)
352           for (int i=0; i<4; ++i)
353               mainThread->iterValue[i] = VALUE_ZERO;
354       else
355           for (int i=0; i<4; ++i)
356               mainThread->iterValue[i] = mainThread->previousScore;
357   }
358
359   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
360
361   // Pick integer skill levels, but non-deterministically round up or down
362   // such that the average integer skill corresponds to the input floating point one.
363   // UCI_Elo is converted to a suitable fractional skill level, using anchoring
364   // to CCRL Elo (goldfish 1.13 = 2000) and a fit through Ordo derived Elo
365   // for match (TC 60+0.6) results spanning a wide range of k values.
366   PRNG rng(now());
367   double floatLevel = Options["UCI_LimitStrength"] ?
368                         clamp(std::pow((Options["UCI_Elo"] - 1346.6) / 143.4, 1 / 0.806), 0.0, 20.0) :
369                         double(Options["Skill Level"]);
370   int intLevel = int(floatLevel) +
371                  ((floatLevel - int(floatLevel)) * 1024 > rng.rand<unsigned>() % 1024  ? 1 : 0);
372   Skill skill(intLevel);
373
374   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
375   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
376   if (skill.enabled())
377       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
378
379   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
380   ttHitAverage = ttHitAverageWindow * ttHitAverageResolution / 2;
381
382   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
383
384   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
385   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
386       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
387           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
388           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
389           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
390           : ct;
391
392   // Evaluation score is from the white point of view
393   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
394                           : -make_score(ct, ct / 2));
395
396   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
397   while (   ++rootDepth < MAX_PLY
398          && !Threads.stop
399          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth > Limits.depth))
400   {
401       // Age out PV variability metric
402       if (mainThread)
403           totBestMoveChanges /= 2;
404
405       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
406       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
407       for (RootMove& rm : rootMoves)
408           rm.previousScore = rm.score;
409
410       size_t pvFirst = 0;
411       pvLast = 0;
412
413       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
414       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
415       {
416           if (pvIdx == pvLast)
417           {
418               pvFirst = pvLast;
419               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
420                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
421                       break;
422           }
423
424           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
425           selDepth = 0;
426
427           // Reset aspiration window starting size
428           if (rootDepth >= 4)
429           {
430               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
431               delta = Value(21 + abs(previousScore) / 256);
432               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
433               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
434
435               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
436               int dct = ct + (102 - ct / 2) * previousScore / (abs(previousScore) + 157);
437
438               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
439                                       : -make_score(dct, dct / 2));
440           }
441
442           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
443           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
444           // high/low anymore.
445           int failedHighCnt = 0;
446           while (true)
447           {
448               Depth adjustedDepth = std::max(1, rootDepth - failedHighCnt);
449               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
450
451               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
452               // is done with a stable algorithm because all the values but the
453               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
454               // and we want to keep the same order for all the moves except the
455               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
456               // search the already searched PV lines are preserved.
457               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
458
459               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
460               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
461               // the previous iteration.
462               if (Threads.stop)
463                   break;
464
465               // When failing high/low give some update (without cluttering
466               // the UI) before a re-search.
467               if (   mainThread
468                   && multiPV == 1
469                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
470                   && Time.elapsed() > 3000)
471                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
472
473               // In case of failing low/high increase aspiration window and
474               // re-search, otherwise exit the loop.
475               if (bestValue <= alpha)
476               {
477                   beta = (alpha + beta) / 2;
478                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
479
480                   failedHighCnt = 0;
481                   if (mainThread)
482                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
483               }
484               else if (bestValue >= beta)
485               {
486                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
487                   ++failedHighCnt;
488               }
489               else
490               {
491                   ++rootMoves[pvIdx].bestMoveCount;
492                   break;
493               }
494
495               delta += delta / 4 + 5;
496
497               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
498           }
499
500           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
501           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
502
503           if (    mainThread
504               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
505               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
506       }
507
508       if (!Threads.stop)
509           completedDepth = rootDepth;
510
511       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
512          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
513          lastBestMoveDepth = rootDepth;
514       }
515
516       // Have we found a "mate in x"?
517       if (   Limits.mate
518           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
519           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
520           Threads.stop = true;
521
522       if (!mainThread)
523           continue;
524
525       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
526       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
527           skill.pick_best(multiPV);
528
529       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
530       if (    Limits.use_time_management()
531           && !Threads.stop
532           && !mainThread->stopOnPonderhit)
533       {
534           double fallingEval = (332 +  6 * (mainThread->previousScore - bestValue)
535                                     +  6 * (mainThread->iterValue[iterIdx]  - bestValue)) / 704.0;
536           fallingEval = clamp(fallingEval, 0.5, 1.5);
537
538           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
539           timeReduction = lastBestMoveDepth + 9 < completedDepth ? 1.94 : 0.91;
540           double reduction = (1.41 + mainThread->previousTimeReduction) / (2.27 * timeReduction);
541
542           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
543           for (Thread* th : Threads)
544           {
545               totBestMoveChanges += th->bestMoveChanges;
546               th->bestMoveChanges = 0;
547           }
548           double bestMoveInstability = 1 + totBestMoveChanges / Threads.size();
549
550           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
551           if (   rootMoves.size() == 1
552               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
553           {
554               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
555               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
556               if (mainThread->ponder)
557                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
558               else
559                   Threads.stop = true;
560           }
561       }
562
563       mainThread->iterValue[iterIdx] = bestValue;
564       iterIdx = (iterIdx + 1) & 3;
565   }
566
567   if (!mainThread)
568       return;
569
570   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
571
572   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
573   if (skill.enabled())
574       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
575                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
576 }
577
578
579 namespace {
580
581   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
582
583   template <NodeType NT>
584   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
585
586     constexpr bool PvNode = NT == PV;
587     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
588
589     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
590     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
591     if (   pos.rule50_count() >= 3
592         && alpha < VALUE_DRAW
593         && !rootNode
594         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
595     {
596         alpha = value_draw(pos.this_thread());
597         if (alpha >= beta)
598             return alpha;
599     }
600
601     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
602     if (depth <= 0)
603         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
604
605     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
606     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
607     assert(0 < depth && depth < MAX_PLY);
608     assert(!(PvNode && cutNode));
609
610     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
611     StateInfo st;
612     TTEntry* tte;
613     Key posKey;
614     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
615     Depth extension, newDepth;
616     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
617     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving, didLMR, priorCapture;
618     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture, singularLMR;
619     Piece movedPiece;
620     int moveCount, captureCount, quietCount;
621
622     // Step 1. Initialize node
623     Thread* thisThread = pos.this_thread();
624     inCheck = pos.checkers();
625     priorCapture = pos.captured_piece();
626     Color us = pos.side_to_move();
627     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
628     bestValue = -VALUE_INFINITE;
629     maxValue = VALUE_INFINITE;
630
631     // Check for the available remaining time
632     if (thisThread == Threads.main())
633         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
634
635     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
636     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
637         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
638
639     if (!rootNode)
640     {
641         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
642         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
643             || pos.is_draw(ss->ply)
644             || ss->ply >= MAX_PLY)
645             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
646                                                     : value_draw(pos.this_thread());
647
648         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
649         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
650         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
651         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
652         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
653         // mate. In this case return a fail-high score.
654         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
655         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
656         if (alpha >= beta)
657             return alpha;
658     }
659
660     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
661
662     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
663     (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
664     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
665     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
666
667     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
668     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
669     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
670     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
671     // LMR which are based on the statScore of parent position.
672     if (rootNode)
673         (ss+4)->statScore = 0;
674     else
675         (ss+2)->statScore = 0;
676
677     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
678     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
679     // position key in case of an excluded move.
680     excludedMove = ss->excludedMove;
681     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
682     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
683     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
684     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
685             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
686     ttPv = PvNode || (ttHit && tte->is_pv());
687     // thisThread->ttHitAverage can be used to approximate the running average of ttHit
688     thisThread->ttHitAverage =   (ttHitAverageWindow - 1) * thisThread->ttHitAverage / ttHitAverageWindow
689                                 + ttHitAverageResolution * ttHit;
690
691     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
692     if (  !PvNode
693         && ttHit
694         && tte->depth() >= depth
695         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
696         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
697                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
698     {
699         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
700         if (ttMove)
701         {
702             if (ttValue >= beta)
703             {
704                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
705                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, stat_bonus(depth));
706
707                 // Extra penalty for early quiet moves of the previous ply
708                 if ((ss-1)->moveCount <= 2 && !priorCapture)
709                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + 1));
710             }
711             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
712             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
713             {
714                 int penalty = -stat_bonus(depth);
715                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
716                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
717             }
718         }
719         return ttValue;
720     }
721
722     // Step 5. Tablebases probe
723     if (!rootNode && TB::Cardinality)
724     {
725         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
726
727         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
728             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
729             &&  pos.rule50_count() == 0
730             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
731         {
732             TB::ProbeState err;
733             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
734
735             // Force check of time on the next occasion
736             if (thisThread == Threads.main())
737                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
738
739             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
740             {
741                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
742
743                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
744
745                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
746                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
747                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
748
749                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
750                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
751
752                 if (    b == BOUND_EXACT
753                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
754                 {
755                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
756                               std::min(MAX_PLY - 1, depth + 6),
757                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
758
759                     return value;
760                 }
761
762                 if (PvNode)
763                 {
764                     if (b == BOUND_LOWER)
765                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
766                     else
767                         maxValue = value;
768                 }
769             }
770         }
771     }
772
773     // Step 6. Static evaluation of the position
774     if (inCheck)
775     {
776         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
777         improving = false;
778         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
779     }
780     else if (ttHit)
781     {
782         // Never assume anything about values stored in TT
783         ss->staticEval = eval = tte->eval();
784         if (eval == VALUE_NONE)
785             ss->staticEval = eval = evaluate(pos);
786
787         if (eval == VALUE_DRAW)
788             eval = value_draw(thisThread);
789
790         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
791         if (    ttValue != VALUE_NONE
792             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
793             eval = ttValue;
794     }
795     else
796     {
797         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
798         {
799             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
800
801             ss->staticEval = eval = evaluate(pos) + bonus;
802         }
803         else
804             ss->staticEval = eval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
805
806         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, eval);
807     }
808
809     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
810     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
811         &&  depth < 2
812         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
813         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
814
815     improving =  (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE ? (ss->staticEval >= (ss-4)->staticEval
816               || (ss-4)->staticEval == VALUE_NONE) : ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval;
817
818     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
819     if (   !PvNode
820         &&  depth < 6
821         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
822         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
823         return eval;
824
825     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
826     if (   !PvNode
827         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
828         && (ss-1)->statScore < 23405
829         &&  eval >= beta
830         &&  eval >= ss->staticEval
831         &&  ss->staticEval >= beta - 32 * depth + 317 - improving * 30
832         && !excludedMove
833         &&  pos.non_pawn_material(us)
834         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
835     {
836         assert(eval - beta >= 0);
837
838         // Null move dynamic reduction based on depth and value
839         Depth R = (854 + 68 * depth) / 258 + std::min(int(eval - beta) / 192, 3);
840
841         ss->currentMove = MOVE_NULL;
842         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[0][0][NO_PIECE][0];
843
844         pos.do_null_move(st);
845
846         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
847
848         pos.undo_null_move();
849
850         if (nullValue >= beta)
851         {
852             // Do not return unproven mate scores
853             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
854                 nullValue = beta;
855
856             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 13))
857                 return nullValue;
858
859             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
860
861             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
862             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
863             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
864             thisThread->nmpColor = us;
865
866             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
867
868             thisThread->nmpMinPly = 0;
869
870             if (v >= beta)
871                 return nullValue;
872         }
873     }
874
875     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
876     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
877     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
878     if (   !PvNode
879         &&  depth >= 5
880         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
881     {
882         Value raisedBeta = std::min(beta + 189 - 45 * improving, VALUE_INFINITE);
883         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
884         int probCutCount = 0;
885
886         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
887                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
888             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
889             {
890                 assert(pos.capture_or_promotion(move));
891                 assert(depth >= 5);
892
893                 captureOrPromotion = true;
894                 probCutCount++;
895
896                 ss->currentMove = move;
897                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[inCheck]
898                                                                           [captureOrPromotion]
899                                                                           [pos.moved_piece(move)]
900                                                                           [to_sq(move)];
901
902                 pos.do_move(move, st);
903
904                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
905                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
906
907                 // If the qsearch held, perform the regular search
908                 if (value >= raisedBeta)
909                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4, !cutNode);
910
911                 pos.undo_move(move);
912
913                 if (value >= raisedBeta)
914                     return value;
915             }
916     }
917
918     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
919     if (depth >= 7 && !ttMove)
920     {
921         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7, cutNode);
922
923         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
924         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
925         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
926     }
927
928 moves_loop: // When in check, search starts from here
929
930     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
931                                           nullptr                   , (ss-4)->continuationHistory,
932                                           nullptr                   , (ss-6)->continuationHistory };
933
934     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
935
936     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
937                                       &thisThread->captureHistory,
938                                       contHist,
939                                       countermove,
940                                       ss->killers);
941
942     value = bestValue;
943     singularLMR = moveCountPruning = false;
944     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
945
946     // Mark this node as being searched
947     ThreadHolding th(thisThread, posKey, ss->ply);
948
949     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
950     // or a beta cutoff occurs.
951     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
952     {
953       assert(is_ok(move));
954
955       if (move == excludedMove)
956           continue;
957
958       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
959       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
960       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
961       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
962       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
963                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
964           continue;
965
966       ss->moveCount = ++moveCount;
967
968       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
969           sync_cout << "info depth " << depth
970                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
971                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
972       if (PvNode)
973           (ss+1)->pv = nullptr;
974
975       extension = 0;
976       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
977       movedPiece = pos.moved_piece(move);
978       givesCheck = pos.gives_check(move);
979
980       // Calculate new depth for this move
981       newDepth = depth - 1;
982
983       // Step 13. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
984       if (  !rootNode
985           && pos.non_pawn_material(us)
986           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
987       {
988           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
989           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving, depth);
990
991           if (   !captureOrPromotion
992               && !givesCheck)
993           {
994               // Reduced depth of the next LMR search
995               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction(improving, depth, moveCount), 0);
996
997               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
998               if (   lmrDepth < 4 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
999                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
1000                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
1001                   continue;
1002
1003               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
1004               if (   lmrDepth < 6
1005                   && !inCheck
1006                   && ss->staticEval + 255 + 182 * lmrDepth <= alpha)
1007                   continue;
1008
1009               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
1010               if (!pos.see_ge(move, Value(-(32 - std::min(lmrDepth, 18)) * lmrDepth * lmrDepth)))
1011                   continue;
1012           }
1013           else if (!pos.see_ge(move, Value(-194) * depth)) // (~20 Elo)
1014                   continue;
1015       }
1016
1017       // Step 14. Extensions (~70 Elo)
1018
1019       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
1020       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
1021       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
1022       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
1023       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
1024       if (    depth >= 6
1025           &&  move == ttMove
1026           && !rootNode
1027           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
1028        /* &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
1029           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
1030           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1031           &&  tte->depth() >= depth - 3
1032           &&  pos.legal(move))
1033       {
1034           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth;
1035           Depth halfDepth = depth / 2;
1036           ss->excludedMove = move;
1037           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, halfDepth, cutNode);
1038           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
1039
1040           if (value < singularBeta)
1041           {
1042               extension = 1;
1043               singularLMR = true;
1044           }
1045
1046           // Multi-cut pruning
1047           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
1048           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
1049           // that multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
1050           // a soft bound.
1051           else if (singularBeta >= beta)
1052               return singularBeta;
1053       }
1054
1055       // Check extension (~2 Elo)
1056       else if (    givesCheck
1057                && (pos.is_discovery_check_on_king(~us, move) || pos.see_ge(move)))
1058           extension = 1;
1059
1060       // Passed pawn extension
1061       else if (   move == ss->killers[0]
1062                && pos.advanced_pawn_push(move)
1063                && pos.pawn_passed(us, to_sq(move)))
1064           extension = 1;
1065
1066       // Last captures extension
1067       else if (   PieceValue[EG][pos.captured_piece()] > PawnValueEg
1068                && pos.non_pawn_material() <= 2 * RookValueMg)
1069           extension = 1;
1070
1071       // Castling extension
1072       if (type_of(move) == CASTLING)
1073           extension = 1;
1074
1075       // Add extension to new depth
1076       newDepth += extension;
1077
1078       // Speculative prefetch as early as possible
1079       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1080
1081       // Check for legality just before making the move
1082       if (!rootNode && !pos.legal(move))
1083       {
1084           ss->moveCount = --moveCount;
1085           continue;
1086       }
1087
1088       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1089       ss->currentMove = move;
1090       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[inCheck]
1091                                                                 [captureOrPromotion]
1092                                                                 [movedPiece]
1093                                                                 [to_sq(move)];
1094
1095       // Step 15. Make the move
1096       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1097
1098       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1099       // re-searched at full depth.
1100       if (    depth >= 3
1101           &&  moveCount > 1 + 2 * rootNode
1102           && (!rootNode || thisThread->best_move_count(move) == 0)
1103           && (  !captureOrPromotion
1104               || moveCountPruning
1105               || ss->staticEval + PieceValue[EG][pos.captured_piece()] <= alpha
1106               || cutNode
1107               || thisThread->ttHitAverage < 375 * ttHitAverageResolution * ttHitAverageWindow / 1024))
1108       {
1109           Depth r = reduction(improving, depth, moveCount);
1110
1111           // Decrease reduction if the ttHit running average is large
1112           if (thisThread->ttHitAverage > 500 * ttHitAverageResolution * ttHitAverageWindow / 1024)
1113               r--;
1114
1115           // Reduction if other threads are searching this position.
1116           if (th.marked())
1117               r++;
1118
1119           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1120           if (ttPv)
1121               r -= 2;
1122
1123           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1124           if ((ss-1)->moveCount > 14)
1125               r--;
1126
1127           // Decrease reduction if ttMove has been singularly extended
1128           if (singularLMR)
1129               r -= 2;
1130
1131           if (!captureOrPromotion)
1132           {
1133               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1134               if (ttCapture)
1135                   r++;
1136
1137               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1138               if (cutNode)
1139                   r += 2;
1140
1141               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1142               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1143               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1144               else if (    type_of(move) == NORMAL
1145                        && !pos.see_ge(reverse_move(move)))
1146                   r -= 2;
1147
1148               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1149                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1150                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1151                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1152                              - 4926;
1153
1154               // Reset statScore to zero if negative and most stats shows >= 0
1155               if (    ss->statScore < 0
1156                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1157                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] >= 0
1158                   && thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] >= 0)
1159                   ss->statScore = 0;
1160
1161               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1162               if (ss->statScore >= -102 && (ss-1)->statScore < -114)
1163                   r--;
1164
1165               else if ((ss-1)->statScore >= -116 && ss->statScore < -154)
1166                   r++;
1167
1168               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1169               r -= ss->statScore / 16384;
1170           }
1171
1172           Depth d = clamp(newDepth - r, 1, newDepth);
1173
1174           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1175
1176           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth), didLMR = true;
1177       }
1178       else
1179           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1, didLMR = false;
1180
1181       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1182       if (doFullDepthSearch)
1183       {
1184           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1185
1186           if (didLMR && !captureOrPromotion)
1187           {
1188               int bonus = value > alpha ?  stat_bonus(newDepth)
1189                                         : -stat_bonus(newDepth);
1190
1191               if (move == ss->killers[0])
1192                   bonus += bonus / 4;
1193
1194               update_continuation_histories(ss, movedPiece, to_sq(move), bonus);
1195           }
1196       }
1197
1198       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1199       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1200       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1201       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1202       {
1203           (ss+1)->pv = pv;
1204           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1205
1206           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1207       }
1208
1209       // Step 18. Undo move
1210       pos.undo_move(move);
1211
1212       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1213
1214       // Step 19. Check for a new best move
1215       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1216       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1217       // updating best move, PV and TT.
1218       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1219           return VALUE_ZERO;
1220
1221       if (rootNode)
1222       {
1223           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1224                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1225
1226           // PV move or new best move?
1227           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1228           {
1229               rm.score = value;
1230               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1231               rm.pv.resize(1);
1232
1233               assert((ss+1)->pv);
1234
1235               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1236                   rm.pv.push_back(*m);
1237
1238               // We record how often the best move has been changed in each
1239               // iteration. This information is used for time management: When
1240               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1241               if (moveCount > 1)
1242                   ++thisThread->bestMoveChanges;
1243           }
1244           else
1245               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1246               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1247               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1248               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1249       }
1250
1251       if (value > bestValue)
1252       {
1253           bestValue = value;
1254
1255           if (value > alpha)
1256           {
1257               bestMove = move;
1258
1259               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1260                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1261
1262               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1263                   alpha = value;
1264               else
1265               {
1266                   assert(value >= beta); // Fail high
1267                   ss->statScore = 0;
1268                   break;
1269               }
1270           }
1271       }
1272
1273       if (move != bestMove)
1274       {
1275           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1276               capturesSearched[captureCount++] = move;
1277
1278           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1279               quietsSearched[quietCount++] = move;
1280       }
1281     }
1282
1283     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1284     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1285     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1286     /*
1287        if (Threads.stop)
1288         return VALUE_DRAW;
1289     */
1290
1291     // Step 20. Check for mate and stalemate
1292     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1293     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1294     // return a fail low score.
1295
1296     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1297
1298     if (!moveCount)
1299         bestValue = excludedMove ? alpha
1300                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1301
1302     else if (bestMove)
1303         update_all_stats(pos, ss, bestMove, bestValue, beta, prevSq,
1304                          quietsSearched, quietCount, capturesSearched, captureCount, depth);
1305
1306     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1307     else if (   (depth >= 3 || PvNode)
1308              && !priorCapture)
1309         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1310
1311     if (PvNode)
1312         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1313
1314     if (!excludedMove)
1315         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1316                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1317                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1318                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1319
1320     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1321
1322     return bestValue;
1323   }
1324
1325
1326   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main search
1327   // function with zero depth, or recursively with further decreasing depth per call.
1328   template <NodeType NT>
1329   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1330
1331     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1332
1333     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1334     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1335     assert(depth <= 0);
1336
1337     Move pv[MAX_PLY+1];
1338     StateInfo st;
1339     TTEntry* tte;
1340     Key posKey;
1341     Move ttMove, move, bestMove;
1342     Depth ttDepth;
1343     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1344     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, captureOrPromotion, evasionPrunable;
1345     int moveCount;
1346
1347     if (PvNode)
1348     {
1349         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1350         (ss+1)->pv = pv;
1351         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1352     }
1353
1354     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1355     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1356     bestMove = MOVE_NONE;
1357     inCheck = pos.checkers();
1358     moveCount = 0;
1359
1360     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1361     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1362         || ss->ply >= MAX_PLY)
1363         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1364
1365     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1366
1367     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1368     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1369     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1370     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1371                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1372     // Transposition table lookup
1373     posKey = pos.key();
1374     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1375     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply, pos.rule50_count()) : VALUE_NONE;
1376     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1377     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1378
1379     if (  !PvNode
1380         && ttHit
1381         && tte->depth() >= ttDepth
1382         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1383         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1384                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1385         return ttValue;
1386
1387     // Evaluate the position statically
1388     if (inCheck)
1389     {
1390         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1391         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1392     }
1393     else
1394     {
1395         if (ttHit)
1396         {
1397             // Never assume anything about values stored in TT
1398             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1399                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1400
1401             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1402             if (    ttValue != VALUE_NONE
1403                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1404                 bestValue = ttValue;
1405         }
1406         else
1407             ss->staticEval = bestValue =
1408             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1409                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1410
1411         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1412         if (bestValue >= beta)
1413         {
1414             if (!ttHit)
1415                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1416                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1417
1418             return bestValue;
1419         }
1420
1421         if (PvNode && bestValue > alpha)
1422             alpha = bestValue;
1423
1424         futilityBase = bestValue + 154;
1425     }
1426
1427     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1428                                           nullptr                   , (ss-4)->continuationHistory,
1429                                           nullptr                   , (ss-6)->continuationHistory };
1430
1431     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1432     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1433     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1434     // be generated.
1435     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1436                                       &thisThread->captureHistory,
1437                                       contHist,
1438                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1439
1440     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1441     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1442     {
1443       assert(is_ok(move));
1444
1445       givesCheck = pos.gives_check(move);
1446       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
1447
1448       moveCount++;
1449
1450       // Futility pruning
1451       if (   !inCheck
1452           && !givesCheck
1453           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1454           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1455       {
1456           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1457
1458           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1459
1460           if (futilityValue <= alpha)
1461           {
1462               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1463               continue;
1464           }
1465
1466           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1467           {
1468               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1469               continue;
1470           }
1471       }
1472
1473       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1474       evasionPrunable =    inCheck
1475                        &&  (depth != 0 || moveCount > 2)
1476                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1477                        && !pos.capture(move);
1478
1479       // Don't search moves with negative SEE values
1480       if (  (!inCheck || evasionPrunable) && !pos.see_ge(move))
1481           continue;
1482
1483       // Speculative prefetch as early as possible
1484       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1485
1486       // Check for legality just before making the move
1487       if (!pos.legal(move))
1488       {
1489           moveCount--;
1490           continue;
1491       }
1492
1493       ss->currentMove = move;
1494       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[inCheck]
1495                                                                 [captureOrPromotion]
1496                                                                 [pos.moved_piece(move)]
1497                                                                 [to_sq(move)];
1498
1499       // Make and search the move
1500       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1501       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - 1);
1502       pos.undo_move(move);
1503
1504       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1505
1506       // Check for a new best move
1507       if (value > bestValue)
1508       {
1509           bestValue = value;
1510
1511           if (value > alpha)
1512           {
1513               bestMove = move;
1514
1515               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1516                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1517
1518               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1519                   alpha = value;
1520               else
1521                   break; // Fail high
1522           }
1523        }
1524     }
1525
1526     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1527     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1528     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1529         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1530
1531     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1532               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1533               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1534               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1535
1536     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1537
1538     return bestValue;
1539   }
1540
1541
1542   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1543   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1544   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1545
1546   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1547
1548     assert(v != VALUE_NONE);
1549
1550     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1551           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1552   }
1553
1554
1555   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1556   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1557   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1558
1559   Value value_from_tt(Value v, int ply, int r50c) {
1560
1561     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1562           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? VALUE_MATE - v > 99 - r50c ? VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  : v - ply
1563           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? VALUE_MATE + v > 99 - r50c ? VALUE_MATED_IN_MAX_PLY : v + ply : v;
1564   }
1565
1566
1567   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1568
1569   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1570
1571     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1572         *pv++ = *childPv++;
1573     *pv = MOVE_NONE;
1574   }
1575
1576
1577   // update_all_stats() updates stats at the end of search() when a bestMove is found
1578
1579   void update_all_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move bestMove, Value bestValue, Value beta, Square prevSq,
1580                         Move* quietsSearched, int quietCount, Move* capturesSearched, int captureCount, Depth depth) {
1581
1582     int bonus1, bonus2;
1583     Color us = pos.side_to_move();
1584     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1585     CapturePieceToHistory& captureHistory = thisThread->captureHistory;
1586     Piece moved_piece = pos.moved_piece(bestMove);
1587     PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(bestMove)));
1588
1589     bonus1 = stat_bonus(depth + 1);
1590     bonus2 = bestValue > beta + PawnValueMg ? bonus1               // larger bonus
1591                                             : stat_bonus(depth);   // smaller bonus
1592
1593     if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1594     {
1595         update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, bonus2);
1596
1597         // Decrease all the non-best quiet moves
1598         for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1599         {
1600             thisThread->mainHistory[us][from_to(quietsSearched[i])] << -bonus2;
1601             update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quietsSearched[i]), to_sq(quietsSearched[i]), -bonus2);
1602         }
1603     }
1604     else
1605         captureHistory[moved_piece][to_sq(bestMove)][captured] << bonus1;
1606
1607     // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1608     if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1609         && !pos.captured_piece())
1610             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -bonus1);
1611
1612     // Decrease all the non-best capture moves
1613     for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1614     {
1615         moved_piece = pos.moved_piece(capturesSearched[i]);
1616         captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(capturesSearched[i])));
1617         captureHistory[moved_piece][to_sq(capturesSearched[i])][captured] << -bonus1;
1618     }
1619   }
1620
1621
1622   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1623   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1624
1625   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1626
1627     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1628         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1629             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1630   }
1631
1632
1633   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics
1634
1635   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, int bonus) {
1636
1637     if (ss->killers[0] != move)
1638     {
1639         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1640         ss->killers[0] = move;
1641     }
1642
1643     Color us = pos.side_to_move();
1644     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1645     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1646     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1647
1648     if (type_of(pos.moved_piece(move)) != PAWN)
1649         thisThread->mainHistory[us][from_to(reverse_move(move))] << -bonus;
1650
1651     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1652     {
1653         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1654         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1655     }
1656   }
1657
1658   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1659   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1660
1661   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1662
1663     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1664     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1665
1666     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1667     Value topScore = rootMoves[0].score;
1668     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1669     int weakness = 120 - 2 * level;
1670     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1671
1672     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1673     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1674     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1675     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1676     {
1677         // This is our magic formula
1678         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1679                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1680
1681         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1682         {
1683             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1684             best = rootMoves[i].pv[0];
1685         }
1686     }
1687
1688     return best;
1689   }
1690
1691 } // namespace
1692
1693 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1694 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1695
1696 void MainThread::check_time() {
1697
1698   if (--callsCnt > 0)
1699       return;
1700
1701   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1702   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1703
1704   static TimePoint lastInfoTime = now();
1705
1706   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1707   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1708
1709   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1710   {
1711       lastInfoTime = tick;
1712       dbg_print();
1713   }
1714
1715   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1716   if (ponder)
1717       return;
1718
1719   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1720       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1721       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1722       Threads.stop = true;
1723 }
1724
1725
1726 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1727 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1728
1729 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1730
1731   std::stringstream ss;
1732   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1733   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1734   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1735   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1736   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1737   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1738
1739   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1740   {
1741       bool updated = rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE;
1742
1743       if (depth == 1 && !updated)
1744           continue;
1745
1746       Depth d = updated ? depth : depth - 1;
1747       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1748
1749       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1750       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1751
1752       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1753           ss << "\n";
1754
1755       ss << "info"
1756          << " depth "    << d
1757          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1758          << " multipv "  << i + 1
1759          << " score "    << UCI::value(v);
1760
1761       if (!tb && i == pvIdx)
1762           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1763
1764       ss << " nodes "    << nodesSearched
1765          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1766
1767       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1768           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1769
1770       ss << " tbhits "   << tbHits
1771          << " time "     << elapsed
1772          << " pv";
1773
1774       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1775           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1776   }
1777
1778   return ss.str();
1779 }
1780
1781
1782 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1783 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1784 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1785 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1786
1787 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1788
1789     StateInfo st;
1790     bool ttHit;
1791
1792     assert(pv.size() == 1);
1793
1794     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1795         return false;
1796
1797     pos.do_move(pv[0], st);
1798     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1799
1800     if (ttHit)
1801     {
1802         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1803         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1804             pv.push_back(m);
1805     }
1806
1807     pos.undo_move(pv[0]);
1808     return pv.size() > 1;
1809 }
1810
1811 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1812
1813     RootInTB = false;
1814     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1815     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]);
1816     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1817     bool dtz_available = true;
1818
1819     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1820     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1821     if (Cardinality > MaxCardinality)
1822     {
1823         Cardinality = MaxCardinality;
1824         ProbeDepth = 0;
1825     }
1826
1827     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1828     {
1829         // Rank moves using DTZ tables
1830         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1831
1832         if (!RootInTB)
1833         {
1834             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1835             dtz_available = false;
1836             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1837         }
1838     }
1839
1840     if (RootInTB)
1841     {
1842         // Sort moves according to TB rank
1843         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1844                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1845
1846         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1847         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1848             Cardinality = 0;
1849     }
1850     else
1851     {
1852         // Clean up if root_probe() and root_probe_wdl() have failed
1853         for (auto& m : rootMoves)
1854             m.tbRank = 0;
1855     }
1856 }