b4405fcf02845c2033f46aa60ab416d811e18136
[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) 2015-2017 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   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
67   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
68   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
69
70   // Razoring and futility margin based on depth
71   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
72   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
73   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
74
75   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
76   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
77   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
78
79   // Threshold used for countermoves based pruning
80   const int CounterMovePruneThreshold = 0;
81
82   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
83     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
84   }
85
86   // History and stats update bonus, based on depth
87   int stat_bonus(Depth depth) {
88     int d = depth / ONE_PLY ;
89     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
90   }
91
92   // Skill structure is used to implement strength limit
93   struct Skill {
94     Skill(int l) : level(l) {}
95     bool enabled() const { return level < 20; }
96     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
97     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
98     Move pick_best(size_t multiPV);
99
100     int level;
101     Move best = MOVE_NONE;
102   };
103
104   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
105   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
106   struct EasyMoveManager {
107
108     void clear() {
109       stableCnt = 0;
110       expectedPosKey = 0;
111       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
112     }
113
114     Move get(Key key) const {
115       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
116     }
117
118     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
119
120       assert(newPv.size() >= 3);
121
122       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
123       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
124
125       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
126       {
127           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
128
129           StateInfo st[2];
130           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
131           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
132           expectedPosKey = pos.key();
133           pos.undo_move(newPv[1]);
134           pos.undo_move(newPv[0]);
135       }
136     }
137
138     int stableCnt;
139     Key expectedPosKey;
140     Move pv[3];
141   };
142
143   EasyMoveManager EasyMove;
144   Value DrawValue[COLOR_NB];
145
146   template <NodeType NT>
147   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
148
149   template <NodeType NT, bool InCheck>
150   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
151
152   Value value_to_tt(Value v, int ply);
153   Value value_from_tt(Value v, int ply);
154   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
155   void update_cm_stats(Stack* ss, Piece pc, Square s, int bonus);
156   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
157   void check_time();
158
159 } // namespace
160
161
162 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
163
164 void Search::init() {
165
166   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
167       for (int d = 1; d < 64; ++d)
168           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
169           {
170               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
171
172               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
173               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
174
175               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
176               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
177                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
178           }
179
180   for (int d = 0; d < 16; ++d)
181   {
182       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
183       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
184   }
185 }
186
187
188 /// Search::clear() resets search state to zero, to obtain reproducible results
189
190 void Search::clear() {
191
192   TT.clear();
193
194   for (Thread* th : Threads)
195   {
196       th->counterMoves.clear();
197       th->history.clear();
198       th->counterMoveHistory.clear();
199       th->resetCalls = true;
200       CounterMoveStats& cm = th->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
201       int* t = &cm[NO_PIECE][0];
202       std::fill(t, t + sizeof(cm), CounterMovePruneThreshold - 1);
203   }
204
205   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
206 }
207
208
209 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
210 /// up to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
211 template<bool Root>
212 uint64_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
213
214   StateInfo st;
215   uint64_t cnt, nodes = 0;
216   const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
217
218   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
219   {
220       if (Root && depth <= ONE_PLY)
221           cnt = 1, nodes++;
222       else
223       {
224           pos.do_move(m, st);
225           cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
226           nodes += cnt;
227           pos.undo_move(m);
228       }
229       if (Root)
230           sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
231   }
232   return nodes;
233 }
234
235 template uint64_t Search::perft<true>(Position&, Depth);
236
237
238 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
239 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
240
241 void MainThread::search() {
242
243   Color us = rootPos.side_to_move();
244   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
245
246   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
247   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
248   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
249
250   if (rootMoves.empty())
251   {
252       rootMoves.push_back(RootMove(MOVE_NONE));
253       sync_cout << "info depth 0 score "
254                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
255                 << sync_endl;
256   }
257   else
258   {
259       for (Thread* th : Threads)
260           if (th != this)
261               th->start_searching();
262
263       Thread::search(); // Let's start searching!
264   }
265
266   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
267   // the available ones before exiting.
268   if (Limits.npmsec)
269       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
270
271   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
272   // Signals.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
273   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
274   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
275   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Signals.stop).
276   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
277   {
278       Signals.stopOnPonderhit = true;
279       wait(Signals.stop);
280   }
281
282   // Stop the threads if not already stopped
283   Signals.stop = true;
284
285   // Wait until all threads have finished
286   for (Thread* th : Threads)
287       if (th != this)
288           th->wait_for_search_finished();
289
290   // Check if there are threads with a better score than main thread
291   Thread* bestThread = this;
292   if (   !this->easyMovePlayed
293       &&  Options["MultiPV"] == 1
294       && !Limits.depth
295       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
296       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
297   {
298       for (Thread* th : Threads)
299       {
300           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
301           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
302
303           if (scoreDiff > 0 && depthDiff >= 0)
304               bestThread = th;
305       }
306   }
307
308   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
309
310   // Send new PV when needed
311   if (bestThread != this)
312       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
313
314   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
315
316   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
317       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
318
319   std::cout << sync_endl;
320 }
321
322
323 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
324 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
325 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
326
327 void Thread::search() {
328
329   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
330   Value bestValue, alpha, beta, delta;
331   Move easyMove = MOVE_NONE;
332   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
333
334   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
335   for(int i = 4; i > 0; i--)
336      (ss-i)->counterMoves = &this->counterMoveHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
337
338   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
339   beta = VALUE_INFINITE;
340   completedDepth = DEPTH_ZERO;
341
342   if (mainThread)
343   {
344       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
345       EasyMove.clear();
346       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
347       mainThread->bestMoveChanges = 0;
348       TT.new_search();
349   }
350
351   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
352   Skill skill(Options["Skill Level"]);
353
354   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
355   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
356   if (skill.enabled())
357       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
358
359   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
360
361   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
362   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
363          && !Signals.stop
364          && (!Limits.depth || Threads.main()->rootDepth / ONE_PLY <= Limits.depth))
365   {
366       // Distribute search depths across the threads
367       if (idx)
368       {
369           int i = (idx - 1) % 20;
370           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
371               continue;
372       }
373
374       // Age out PV variability metric
375       if (mainThread)
376           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
377
378       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
379       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
380       for (RootMove& rm : rootMoves)
381           rm.previousScore = rm.score;
382
383       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
384       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Signals.stop; ++PVIdx)
385       {
386           // Reset aspiration window starting size
387           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
388           {
389               delta = Value(18);
390               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
391               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
392           }
393
394           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
395           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
396           // high/low anymore.
397           while (true)
398           {
399               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
400
401               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
402               // is done with a stable algorithm because all the values but the
403               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
404               // and we want to keep the same order for all the moves except the
405               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
406               // search the already searched PV lines are preserved.
407               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
408
409               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
410               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
411               // valid, although it refers to the previous iteration.
412               if (Signals.stop)
413                   break;
414
415               // When failing high/low give some update (without cluttering
416               // the UI) before a re-search.
417               if (   mainThread
418                   && multiPV == 1
419                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
420                   && Time.elapsed() > 3000)
421                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
422
423               // In case of failing low/high increase aspiration window and
424               // re-search, otherwise exit the loop.
425               if (bestValue <= alpha)
426               {
427                   beta = (alpha + beta) / 2;
428                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
429
430                   if (mainThread)
431                   {
432                       mainThread->failedLow = true;
433                       Signals.stopOnPonderhit = false;
434                   }
435               }
436               else if (bestValue >= beta)
437               {
438                   alpha = (alpha + beta) / 2;
439                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
440               }
441               else
442                   break;
443
444               delta += delta / 4 + 5;
445
446               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
447           }
448
449           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
450           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
451
452           if (!mainThread)
453               continue;
454
455           if (Signals.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000)
456               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
457       }
458
459       if (!Signals.stop)
460           completedDepth = rootDepth;
461
462       if (!mainThread)
463           continue;
464
465       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
466       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
467           skill.pick_best(multiPV);
468
469       // Have we found a "mate in x"?
470       if (   Limits.mate
471           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
472           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
473           Signals.stop = true;
474
475       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
476       if (Limits.use_time_management())
477       {
478           if (!Signals.stop && !Signals.stopOnPonderhit)
479           {
480               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
481               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
482               // from the previous search and just did a fast verification.
483               const int F[] = { mainThread->failedLow,
484                                 bestValue - mainThread->previousScore };
485
486               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
487               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
488
489               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
490                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
491                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
492
493               if (   rootMoves.size() == 1
494                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
495                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
496               {
497                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
498                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
499                   if (Limits.ponder)
500                       Signals.stopOnPonderhit = true;
501                   else
502                       Signals.stop = true;
503               }
504           }
505
506           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
507               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
508           else
509               EasyMove.clear();
510       }
511   }
512
513   if (!mainThread)
514       return;
515
516   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
517   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
518   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
519       EasyMove.clear();
520
521   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
522   if (skill.enabled())
523       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
524                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
525 }
526
527
528 namespace {
529
530   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
531
532   template <NodeType NT>
533   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
534
535     const bool PvNode = NT == PV;
536     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
537
538     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
539     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
540     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
541     assert(!(PvNode && cutNode));
542     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
543
544     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
545     StateInfo st;
546     TTEntry* tte;
547     Key posKey;
548     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
549     Depth extension, newDepth;
550     Value bestValue, value, ttValue, eval;
551     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
552     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets;
553     Piece moved_piece;
554     int moveCount, quietCount;
555
556     // Step 1. Initialize node
557     Thread* thisThread = pos.this_thread();
558     inCheck = pos.checkers();
559     moveCount = quietCount =  ss->moveCount = 0;
560     ss->history = 0;
561     bestValue = -VALUE_INFINITE;
562     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
563
564     // Check for the available remaining time
565     if (thisThread->resetCalls.load(std::memory_order_relaxed))
566     {
567         thisThread->resetCalls = false;
568
569         // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
570         // otherwise use a default value.
571         thisThread->callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024))
572                                             : 4096;
573     }
574
575     if (--thisThread->callsCnt <= 0)
576     {
577         for (Thread* th : Threads)
578             th->resetCalls = true;
579
580         check_time();
581     }
582
583     // Used to send selDepth info to GUI
584     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
585         thisThread->maxPly = ss->ply;
586
587     if (!rootNode)
588     {
589         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
590         if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
591             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
592                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
593
594         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
595         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
596         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
597         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
598         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
599         // mate. In this case return a fail-high score.
600         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
601         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
602         if (alpha >= beta)
603             return alpha;
604     }
605
606     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
607
608     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
609     ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
610     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
611     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
612
613     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
614     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
615     // position key in case of an excluded move.
616     excludedMove = ss->excludedMove;
617     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
618     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
619     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
620     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
621             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
622
623     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
624     if (  !PvNode
625         && ttHit
626         && tte->depth() >= depth
627         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
628         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
629                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
630     {
631         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
632         if (ttMove)
633         {
634             if (ttValue >= beta)
635             {
636                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
637                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
638
639                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
640                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
641                     update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
642             }
643             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
644             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
645             {
646                 int penalty = -stat_bonus(depth);
647                 thisThread->history.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
648                 update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
649             }
650         }
651         return ttValue;
652     }
653
654     // Step 4a. Tablebase probe
655     if (!rootNode && TB::Cardinality)
656     {
657         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
658
659         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
660             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
661             &&  pos.rule50_count() == 0
662             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
663         {
664             TB::ProbeState err;
665             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
666
667             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
668             {
669                 thisThread->tbHits++;
670
671                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
672
673                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
674                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
675                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
676
677                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
678                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
679                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
680
681                 return value;
682             }
683         }
684     }
685
686     // Step 5. Evaluate the position statically
687     if (inCheck)
688     {
689         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
690         goto moves_loop;
691     }
692
693     else if (ttHit)
694     {
695         // Never assume anything on values stored in TT
696         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
697             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
698
699         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
700         if (ttValue != VALUE_NONE)
701             if (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER))
702                 eval = ttValue;
703     }
704     else
705     {
706         eval = ss->staticEval =
707         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
708                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
709
710         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
711                   ss->staticEval, TT.generation());
712     }
713
714     if (skipEarlyPruning)
715         goto moves_loop;
716
717     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
718     if (   !PvNode
719         &&  depth < 4 * ONE_PLY
720         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
721     {
722         if (depth <= ONE_PLY)
723             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
724
725         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
726         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
727         if (v <= ralpha)
728             return v;
729     }
730
731     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
732     if (   !rootNode
733         &&  depth < 7 * ONE_PLY
734         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
735         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
736         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
737         return eval;
738
739     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
740     if (   !PvNode
741         &&  eval >= beta
742         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
743         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
744     {
745
746         assert(eval - beta >= 0);
747
748         // Null move dynamic reduction based on depth and value
749         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
750
751         ss->currentMove = MOVE_NULL;
752         ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[NO_PIECE][0];
753
754         pos.do_null_move(st);
755         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
756                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
757         pos.undo_null_move();
758
759         if (nullValue >= beta)
760         {
761             // Do not return unproven mate scores
762             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
763                 nullValue = beta;
764
765             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
766                 return nullValue;
767
768             // Do verification search at high depths
769             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
770                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
771
772             if (v >= beta)
773                 return nullValue;
774         }
775     }
776
777     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
778     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
779     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
780     if (   !PvNode
781         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
782         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
783     {
784         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
785         Depth rdepth = depth - 4 * ONE_PLY;
786
787         assert(rdepth >= ONE_PLY);
788         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
789
790         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
791
792         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
793             if (pos.legal(move))
794             {
795                 ss->currentMove = move;
796                 ss->counterMoves = &thisThread->counterMoveHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
797
798                 pos.do_move(move, st);
799                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth, !cutNode, false);
800                 pos.undo_move(move);
801                 if (value >= rbeta)
802                     return value;
803             }
804     }
805
806     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
807     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
808         && !ttMove
809         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
810     {
811         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
812         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
813
814         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
815         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
816     }
817
818 moves_loop: // When in check search starts from here
819
820     const CounterMoveStats& cmh = *(ss-1)->counterMoves;
821     const CounterMoveStats& fmh = *(ss-2)->counterMoves;
822     const CounterMoveStats& fm2 = *(ss-4)->counterMoves;
823
824     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, ss);
825     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
826     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
827             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
828                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
829
830     singularExtensionNode =   !rootNode
831                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
832                            &&  ttMove != MOVE_NONE
833                            &&  ttValue != VALUE_NONE
834                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
835                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
836                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
837     skipQuiets = false;
838
839     // Step 11. Loop through moves
840     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
841     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
842     {
843       assert(is_ok(move));
844
845       if (move == excludedMove)
846           continue;
847
848       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
849       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
850       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
851       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
852                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
853           continue;
854
855       ss->moveCount = ++moveCount;
856
857       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
858           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
859                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
860                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
861
862       if (PvNode)
863           (ss+1)->pv = nullptr;
864
865       extension = DEPTH_ZERO;
866       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
867       moved_piece = pos.moved_piece(move);
868
869       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
870                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
871                   : pos.gives_check(move);
872
873       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
874                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
875
876       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
877
878       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
879       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
880       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
881       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
882       // ttValue minus a margin then we extend the ttMove.
883       if (    singularExtensionNode
884           &&  move == ttMove
885           &&  pos.legal(move))
886       {
887           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
888           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
889           ss->excludedMove = move;
890           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
891           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
892
893           if (value < rBeta)
894               extension = ONE_PLY;
895       }
896       else if (    givesCheck
897                && !moveCountPruning
898                &&  pos.see_ge(move, VALUE_ZERO))
899           extension = ONE_PLY;
900
901       // Calculate new depth for this move
902       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
903
904       // Step 13. Pruning at shallow depth
905       if (  !rootNode
906           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
907           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
908       {
909           if (   !captureOrPromotion
910               && !givesCheck
911               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
912           {
913               // Move count based pruning
914               if (moveCountPruning)
915               {
916                   skipQuiets = true;
917                   continue;
918               }
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[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
926                   && (fmh[moved_piece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold))
927                   continue;
928
929               // Futility pruning: parent node
930               if (   lmrDepth < 7
931                   && !inCheck
932                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
933                   continue;
934
935               // Prune moves with negative SEE
936               if (   lmrDepth < 8
937                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
938                   continue;
939           }
940           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
941                    && !extension
942                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
943                   continue;
944       }
945
946       // Speculative prefetch as early as possible
947       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
948
949       // Check for legality just before making the move
950       if (!rootNode && !pos.legal(move))
951       {
952           ss->moveCount = --moveCount;
953           continue;
954       }
955
956       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
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 =  cmh[moved_piece][to_sq(move)]
987                            + fmh[moved_piece][to_sq(move)]
988                            + fm2[moved_piece][to_sq(move)]
989                            + thisThread->history.get(~pos.side_to_move(), move)
990                            - 4000; // Correction factor
991
992               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
993               if (ss->history > 0 && (ss-1)->history < 0)
994                   r -= ONE_PLY;
995
996               else if (ss->history < 0 && (ss-1)->history > 0)
997                   r += ONE_PLY;
998
999               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
1000               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->history / 20000) * ONE_PLY);
1001           }
1002
1003           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
1004
1005           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
1006
1007           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1008       }
1009       else
1010           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1011
1012       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1013       if (doFullDepthSearch)
1014           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1015                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1016                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1017                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1018
1019       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1020       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1021       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1022       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1023       {
1024           (ss+1)->pv = pv;
1025           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1026
1027           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1028                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1029                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1030                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1031       }
1032
1033       // Step 17. Undo move
1034       pos.undo_move(move);
1035
1036       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1037
1038       // Step 18. Check for a new best move
1039       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1040       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1041       // updating best move, PV and TT.
1042       if (Signals.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1043           return VALUE_ZERO;
1044
1045       if (rootNode)
1046       {
1047           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1048                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1049
1050           // PV move or new best move ?
1051           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1052           {
1053               rm.score = value;
1054               rm.pv.resize(1);
1055
1056               assert((ss+1)->pv);
1057
1058               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1059                   rm.pv.push_back(*m);
1060
1061               // We record how often the best move has been changed in each
1062               // iteration. This information is used for time management: When
1063               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1064               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1065                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1066           }
1067           else
1068               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this is
1069               // not a problem when sorting because the sort is stable and the
1070               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1071               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1072       }
1073
1074       if (value > bestValue)
1075       {
1076           bestValue = value;
1077
1078           if (value > alpha)
1079           {
1080               bestMove = move;
1081
1082               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1083                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1084
1085               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1086                   alpha = value;
1087               else
1088               {
1089                   assert(value >= beta); // Fail high
1090                   break;
1091               }
1092           }
1093       }
1094
1095       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1096           quietsSearched[quietCount++] = move;
1097     }
1098
1099     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1100     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1101     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1102     /*
1103        if (Signals.stop)
1104         return VALUE_DRAW;
1105     */
1106
1107     // Step 20. Check for mate and stalemate
1108     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1109     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1110     // return a fail low score.
1111
1112     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1113
1114     if (!moveCount)
1115         bestValue = excludedMove ? alpha
1116                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1117     else if (bestMove)
1118     {
1119
1120         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1121         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1122             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1123
1124         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1125         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1126             update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1127     }
1128     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1129     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1130              && !pos.captured_piece()
1131              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1132         update_cm_stats(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1133
1134     if (!excludedMove)
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, int bonus) {
1391
1392     for (int i : {1, 2, 4})
1393         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1394             (ss-i)->counterMoves->update(pc, s, bonus);
1395   }
1396
1397
1398   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1399
1400   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1401                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1402
1403     if (ss->killers[0] != move)
1404     {
1405         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1406         ss->killers[0] = move;
1407     }
1408
1409     Color c = pos.side_to_move();
1410     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1411     thisThread->history.update(c, move, bonus);
1412     update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1413
1414     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1415     {
1416         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1417         thisThread->counterMoves.update(pos.piece_on(prevSq), prevSq, move);
1418     }
1419
1420     // Decrease all the other played quiet moves
1421     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1422     {
1423         thisThread->history.update(c, quiets[i], -bonus);
1424         update_cm_stats(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1425     }
1426   }
1427
1428
1429   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1430   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1431
1432   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1433
1434     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1435     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1436
1437     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1438     Value topScore = rootMoves[0].score;
1439     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1440     int weakness = 120 - 2 * level;
1441     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1442
1443     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1444     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1445     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1446     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1447     {
1448         // This is our magic formula
1449         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1450                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1451
1452         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1453         {
1454             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1455             best = rootMoves[i].pv[0];
1456         }
1457     }
1458
1459     return best;
1460   }
1461
1462
1463   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1464   // when we are out of available time and thus stop the search.
1465
1466   void check_time() {
1467
1468     static TimePoint lastInfoTime = now();
1469
1470     int elapsed = Time.elapsed();
1471     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1472
1473     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1474     {
1475         lastInfoTime = tick;
1476         dbg_print();
1477     }
1478
1479     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1480     if (Limits.ponder)
1481         return;
1482
1483     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1484         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1485         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1486             Signals.stop = true;
1487   }
1488
1489 } // namespace
1490
1491
1492 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1493 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1494
1495 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1496
1497   std::stringstream ss;
1498   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1499   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1500   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1501   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1502   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1503   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1504
1505   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1506   {
1507       bool updated = (i <= PVIdx);
1508
1509       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1510           continue;
1511
1512       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1513       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1514
1515       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1516       v = tb ? TB::Score : v;
1517
1518       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1519           ss << "\n";
1520
1521       ss << "info"
1522          << " depth "    << d / ONE_PLY
1523          << " seldepth " << pos.this_thread()->maxPly
1524          << " multipv "  << i + 1
1525          << " score "    << UCI::value(v);
1526
1527       if (!tb && i == PVIdx)
1528           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1529
1530       ss << " nodes "    << nodesSearched
1531          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1532
1533       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1534           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1535
1536       ss << " tbhits "   << tbHits
1537          << " time "     << elapsed
1538          << " pv";
1539
1540       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1541           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1542   }
1543
1544   return ss.str();
1545 }
1546
1547
1548 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1549 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1550 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1551 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1552
1553 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1554
1555     StateInfo st;
1556     bool ttHit;
1557
1558     assert(pv.size() == 1);
1559
1560     if (!pv[0])
1561         return false;
1562
1563     pos.do_move(pv[0], st);
1564     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1565
1566     if (ttHit)
1567     {
1568         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1569         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1570             pv.push_back(m);
1571     }
1572
1573     pos.undo_move(pv[0]);
1574     return pv.size() > 1;
1575 }
1576
1577 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1578
1579     RootInTB = false;
1580     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1581     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1582     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1583
1584     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1585     if (Cardinality > MaxCardinality)
1586     {
1587         Cardinality = MaxCardinality;
1588         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1589     }
1590
1591     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1592         return;
1593
1594     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1595     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1596     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1597
1598     if (RootInTB)
1599         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1600
1601     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1602     {
1603         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1604         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1605
1606         // Only probe during search if winning
1607         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1608             Cardinality = 0;
1609     }
1610
1611     if (RootInTB && !UseRule50)
1612         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1613                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1614                                             :  VALUE_DRAW;
1615 }