Streamlline reduction based on movecount
[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   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51   Value Score;
52 }
53
54 namespace TB = Tablebases;
55
56 using std::string;
57 using Eval::evaluate;
58 using namespace Search;
59
60 namespace {
61
62   // Different node types, used as a template parameter
63   enum NodeType { NonPV, PV };
64
65   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
66   const int skipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
67   const int skipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
68
69   // Razoring and futility margin based on depth
70   // razor_margin[0] is unused as long as depth >= ONE_PLY in search
71   const int razor_margin[] = { 0, 570, 603, 554 };
72   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move best_move(size_t multiPV) { return best ? best : pick_best(multiPV); }
94     Move pick_best(size_t multiPV);
95
96     int level;
97     Move best = MOVE_NONE;
98   };
99
100   // EasyMoveManager structure is used to detect an 'easy move'. When the PV is stable
101   // across multiple search iterations, we can quickly return the best move.
102   struct EasyMoveManager {
103
104     void clear() {
105       stableCnt = 0;
106       expectedPosKey = 0;
107       pv[0] = pv[1] = pv[2] = MOVE_NONE;
108     }
109
110     Move get(Key key) const {
111       return expectedPosKey == key ? pv[2] : MOVE_NONE;
112     }
113
114     void update(Position& pos, const std::vector<Move>& newPv) {
115
116       assert(newPv.size() >= 3);
117
118       // Keep track of how many times in a row the 3rd ply remains stable
119       stableCnt = (newPv[2] == pv[2]) ? stableCnt + 1 : 0;
120
121       if (!std::equal(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv))
122       {
123           std::copy(newPv.begin(), newPv.begin() + 3, pv);
124
125           StateInfo st[2];
126           pos.do_move(newPv[0], st[0]);
127           pos.do_move(newPv[1], st[1]);
128           expectedPosKey = pos.key();
129           pos.undo_move(newPv[1]);
130           pos.undo_move(newPv[0]);
131       }
132     }
133
134     Key expectedPosKey;
135     int stableCnt;
136     Move pv[3];
137   };
138
139   EasyMoveManager EasyMove;
140   Value DrawValue[COLOR_NB];
141
142   template <NodeType NT>
143   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
144
145   template <NodeType NT, bool InCheck>
146   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
147
148   Value value_to_tt(Value v, int ply);
149   Value value_from_tt(Value v, int ply);
150   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
151   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
152   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
153
154   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
155   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
156   template<bool Root>
157   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
158
159     StateInfo st;
160     uint64_t cnt, nodes = 0;
161     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
162
163     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
164     {
165         if (Root && depth <= ONE_PLY)
166             cnt = 1, nodes++;
167         else
168         {
169             pos.do_move(m, st);
170             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
171             nodes += cnt;
172             pos.undo_move(m);
173         }
174         if (Root)
175             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
176     }
177     return nodes;
178   }
179
180 } // namespace
181
182
183 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
184
185 void Search::init() {
186
187   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
188       for (int d = 1; d < 64; ++d)
189           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
190           {
191               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
192
193               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
194               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
195
196               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
197               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
198                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
199           }
200
201   for (int d = 0; d < 16; ++d)
202   {
203       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
204       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
205   }
206 }
207
208
209 /// Search::clear() resets search state to its initial value
210
211 void Search::clear() {
212
213   Threads.main()->wait_for_search_finished();
214
215   Time.availableNodes = 0;
216   TT.clear();
217
218   for (Thread* th : Threads)
219       th->clear();
220
221   Threads.main()->callsCnt = 0;
222   Threads.main()->previousScore = VALUE_INFINITE;
223 }
224
225
226 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
227 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
228
229 void MainThread::search() {
230
231   if (Limits.perft)
232   {
233       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
234       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
235       return;
236   }
237
238   Color us = rootPos.side_to_move();
239   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
240   TT.new_search();
241
242   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
243   DrawValue[ us] = VALUE_DRAW - Value(contempt);
244   DrawValue[~us] = VALUE_DRAW + Value(contempt);
245
246   if (rootMoves.empty())
247   {
248       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
249       sync_cout << "info depth 0 score "
250                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
251                 << sync_endl;
252   }
253   else
254   {
255       for (Thread* th : Threads)
256           if (th != this)
257               th->start_searching();
258
259       Thread::search(); // Let's start searching!
260   }
261
262   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
263   // the available ones before exiting.
264   if (Limits.npmsec)
265       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
266
267   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
268   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
269   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
270   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
271   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
272   Threads.stopOnPonderhit = true;
273
274   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
275   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
276
277   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
278   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
279   Threads.stop = true;
280
281   // Wait until all threads have finished
282   for (Thread* th : Threads)
283       if (th != this)
284           th->wait_for_search_finished();
285
286   // Check if there are threads with a better score than main thread
287   Thread* bestThread = this;
288   if (   !this->easyMovePlayed
289       &&  Options["MultiPV"] == 1
290       && !Limits.depth
291       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
292       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
293   {
294       for (Thread* th : Threads)
295       {
296           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
297           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
298
299           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
300           if (    scoreDiff > 0
301               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
302               bestThread = th;
303       }
304   }
305
306   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
307
308   // Send new PV when needed
309   if (bestThread != this)
310       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
311
312   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
313
314   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
315       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
316
317   std::cout << sync_endl;
318 }
319
320
321 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
322 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
323 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
324
325 void Thread::search() {
326
327   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To allow referencing (ss-4) and (ss+2)
328   Value bestValue, alpha, beta, delta;
329   Move easyMove = MOVE_NONE;
330   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
331
332   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
333   for (int i = 4; i > 0; i--)
334      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
335
336   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
337   beta = VALUE_INFINITE;
338
339   if (mainThread)
340   {
341       easyMove = EasyMove.get(rootPos.key());
342       EasyMove.clear();
343       mainThread->easyMovePlayed = mainThread->failedLow = false;
344       mainThread->bestMoveChanges = 0;
345   }
346
347   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
348   Skill skill(Options["Skill Level"]);
349
350   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
351   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
352   if (skill.enabled())
353       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
354
355   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
356
357   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
358   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
359          && !Threads.stop
360          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
361   {
362       // Distribute search depths across the threads
363       if (idx)
364       {
365           int i = (idx - 1) % 20;
366           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
367               continue;
368       }
369
370       // Age out PV variability metric
371       if (mainThread)
372           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
373
374       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
375       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
376       for (RootMove& rm : rootMoves)
377           rm.previousScore = rm.score;
378
379       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
380       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
381       {
382           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
383           selDepth = 0;
384
385           // Reset aspiration window starting size
386           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
387           {
388               delta = Value(18);
389               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
390               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
391           }
392
393           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
394           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
395           // high/low anymore.
396           while (true)
397           {
398               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
399
400               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
401               // is done with a stable algorithm because all the values but the
402               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
403               // and we want to keep the same order for all the moves except the
404               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
405               // search the already searched PV lines are preserved.
406               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
407
408               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
409               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
410               // valid, although it refers to the previous iteration.
411               if (Threads.stop)
412                   break;
413
414               // When failing high/low give some update (without cluttering
415               // the UI) before a re-search.
416               if (   mainThread
417                   && multiPV == 1
418                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
419                   && Time.elapsed() > 3000)
420                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
421
422               // In case of failing low/high increase aspiration window and
423               // re-search, otherwise exit the loop.
424               if (bestValue <= alpha)
425               {
426                   beta = (alpha + beta) / 2;
427                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
428
429                   if (mainThread)
430                   {
431                       mainThread->failedLow = true;
432                       Threads.stopOnPonderhit = false;
433                   }
434               }
435               else if (bestValue >= beta)
436                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
437               else
438                   break;
439
440               delta += delta / 4 + 5;
441
442               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
443           }
444
445           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
446           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
447
448           if (    mainThread
449               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
450               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
451       }
452
453       if (!Threads.stop)
454           completedDepth = rootDepth;
455
456       // Have we found a "mate in x"?
457       if (   Limits.mate
458           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
459           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
460           Threads.stop = true;
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       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
470       if (Limits.use_time_management())
471       {
472           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
473           {
474               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
475               // of the available time has been used, or if we matched an easyMove
476               // from the previous search and just did a fast verification.
477               const int F[] = { mainThread->failedLow,
478                                 bestValue - mainThread->previousScore };
479
480               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
481               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges;
482
483               bool doEasyMove =   rootMoves[0].pv[0] == easyMove
484                                && mainThread->bestMoveChanges < 0.03
485                                && Time.elapsed() > Time.optimum() * 5 / 44;
486
487               if (   rootMoves.size() == 1
488                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628
489                   || (mainThread->easyMovePlayed = doEasyMove, doEasyMove))
490               {
491                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
492                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
493                   if (Threads.ponder)
494                       Threads.stopOnPonderhit = true;
495                   else
496                       Threads.stop = true;
497               }
498           }
499
500           if (rootMoves[0].pv.size() >= 3)
501               EasyMove.update(rootPos, rootMoves[0].pv);
502           else
503               EasyMove.clear();
504       }
505   }
506
507   if (!mainThread)
508       return;
509
510   // Clear any candidate easy move that wasn't stable for the last search
511   // iterations; the second condition prevents consecutive fast moves.
512   if (EasyMove.stableCnt < 6 || mainThread->easyMovePlayed)
513       EasyMove.clear();
514
515   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
516   if (skill.enabled())
517       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(),
518                 rootMoves.end(), skill.best_move(multiPV)));
519 }
520
521
522 namespace {
523
524   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
525
526   template <NodeType NT>
527   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
528
529     const bool PvNode = NT == PV;
530     const bool rootNode = PvNode && (ss-1)->ply == 0;
531
532     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
533     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
534     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
535     assert(!(PvNode && cutNode));
536     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
537
538     Move pv[MAX_PLY+1], quietsSearched[64];
539     StateInfo st;
540     TTEntry* tte;
541     Key posKey;
542     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
543     Depth extension, newDepth;
544     Value bestValue, value, ttValue, eval;
545     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
546     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture;
547     Piece movedPiece;
548     int moveCount, quietCount;
549
550     // Step 1. Initialize node
551     Thread* thisThread = pos.this_thread();
552     inCheck = pos.checkers();
553     moveCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
554     ss->statScore = 0;
555     bestValue = -VALUE_INFINITE;
556     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
557
558     // Check for the available remaining time
559     if (thisThread == Threads.main())
560         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
561
562     // Used to send selDepth info to GUI
563     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply)
564         thisThread->selDepth = ss->ply;
565
566     if (!rootNode)
567     {
568         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
569         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
570             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos)
571                                                   : DrawValue[pos.side_to_move()];
572
573         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
574         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
575         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
576         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
577         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
578         // mate. In this case return a fail-high score.
579         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
580         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
581         if (alpha >= beta)
582             return alpha;
583     }
584
585     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
586
587     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
588     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
589     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
590     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
591
592     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
593     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
594     // position key in case of an excluded move.
595     excludedMove = ss->excludedMove;
596     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove);
597     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
598     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
599     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
600             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
601
602     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
603     if (  !PvNode
604         && ttHit
605         && tte->depth() >= depth
606         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
607         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
608                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
609     {
610         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
611         if (ttMove)
612         {
613             if (ttValue >= beta)
614             {
615                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
616                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
617
618                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
619                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
620                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
621             }
622             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
623             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
624             {
625                 int penalty = -stat_bonus(depth);
626                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
627                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
628             }
629         }
630         return ttValue;
631     }
632
633     // Step 4a. Tablebase probe
634     if (!rootNode && TB::Cardinality)
635     {
636         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
637
638         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
639             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
640             &&  pos.rule50_count() == 0
641             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
642         {
643             TB::ProbeState err;
644             TB::WDLScore v = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
645
646             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
647             {
648                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
649
650                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
651
652                 value =  v < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply
653                        : v >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply
654                                         :  VALUE_DRAW + 2 * v * drawScore;
655
656                 tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_EXACT,
657                           std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
658                           MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
659
660                 return value;
661             }
662         }
663     }
664
665     // Step 5. Evaluate the position statically
666     if (inCheck)
667     {
668         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
669         goto moves_loop;
670     }
671
672     else if (ttHit)
673     {
674         // Never assume anything on values stored in TT
675         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
676             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
677
678         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
679         if (   ttValue != VALUE_NONE
680             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
681             eval = ttValue;
682     }
683     else
684     {
685         eval = ss->staticEval =
686         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
687                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
688
689         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
690                   ss->staticEval, TT.generation());
691     }
692
693     if (skipEarlyPruning)
694         goto moves_loop;
695
696     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
697     if (   !PvNode
698         &&  depth < 4 * ONE_PLY
699         &&  eval + razor_margin[depth / ONE_PLY] <= alpha)
700     {
701         if (depth <= ONE_PLY)
702             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
703
704         Value ralpha = alpha - razor_margin[depth / ONE_PLY];
705         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
706         if (v <= ralpha)
707             return v;
708     }
709
710     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
711     if (   !rootNode
712         &&  depth < 7 * ONE_PLY
713         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
714         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN  // Do not return unproven wins
715         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
716         return eval;
717
718     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
719     if (   !PvNode
720         &&  eval >= beta
721         && (ss->staticEval >= beta - 35 * (depth / ONE_PLY - 6) || depth >= 13 * ONE_PLY)
722         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
723     {
724
725         assert(eval - beta >= 0);
726
727         // Null move dynamic reduction based on depth and value
728         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
729
730         ss->currentMove = MOVE_NULL;
731         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
732
733         pos.do_null_move(st);
734         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
735                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
736         pos.undo_null_move();
737
738         if (nullValue >= beta)
739         {
740             // Do not return unproven mate scores
741             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
742                 nullValue = beta;
743
744             if (depth < 12 * ONE_PLY && abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN)
745                 return nullValue;
746
747             // Do verification search at high depths
748             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
749                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
750
751             if (v >= beta)
752                 return nullValue;
753         }
754     }
755
756     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
757     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
758     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
759     if (   !PvNode
760         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
761         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
762     {
763         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
764
765         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
766
767         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval);
768
769         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
770             if (pos.legal(move))
771             {
772                 ss->currentMove = move;
773                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
774
775                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
776                 pos.do_move(move, st);
777                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
778                 pos.undo_move(move);
779                 if (value >= rbeta)
780                     return value;
781             }
782     }
783
784     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
785     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
786         && !ttMove
787         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
788     {
789         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
790         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
791
792         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
793         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
794     }
795
796 moves_loop: // When in check search starts from here
797
798     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
799     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
800
801     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, contHist, countermove, ss->killers);
802     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
803     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
804             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
805                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
806
807     singularExtensionNode =   !rootNode
808                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
809                            &&  ttMove != MOVE_NONE
810                            &&  ttValue != VALUE_NONE
811                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
812                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
813                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
814     skipQuiets = false;
815     ttCapture = false;
816
817     // Step 11. Loop through moves
818     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
819     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
820     {
821       assert(is_ok(move));
822
823       if (move == excludedMove)
824           continue;
825
826       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
827       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
828       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
829       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
830                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
831           continue;
832
833       ss->moveCount = ++moveCount;
834
835       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
836           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
837                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
838                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
839
840       if (PvNode)
841           (ss+1)->pv = nullptr;
842
843       extension = DEPTH_ZERO;
844       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
845       movedPiece = pos.moved_piece(move);
846
847       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
848                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
849                   : pos.gives_check(move);
850
851       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
852                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
853
854       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
855
856       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
857       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
858       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
859       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
860       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
861       if (    singularExtensionNode
862           &&  move == ttMove
863           &&  pos.legal(move))
864       {
865           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
866           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
867           ss->excludedMove = move;
868           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
869           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
870
871           if (value < rBeta)
872               extension = ONE_PLY;
873       }
874       else if (    givesCheck
875                && !moveCountPruning
876                &&  pos.see_ge(move))
877           extension = ONE_PLY;
878
879       // Calculate new depth for this move
880       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
881
882       // Step 13. Pruning at shallow depth
883       if (  !rootNode
884           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
885           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
886       {
887           if (   !captureOrPromotion
888               && !givesCheck
889               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
890           {
891               // Move count based pruning
892               if (moveCountPruning)
893               {
894                   skipQuiets = true;
895                   continue;
896               }
897
898               // Reduced depth of the next LMR search
899               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
900
901               // Countermoves based pruning
902               if (   lmrDepth < 3
903                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
904                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
905                   continue;
906
907               // Futility pruning: parent node
908               if (   lmrDepth < 7
909                   && !inCheck
910                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
911                   continue;
912
913               // Prune moves with negative SEE
914               if (   lmrDepth < 8
915                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
916                   continue;
917           }
918           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
919                    && !extension
920                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
921                   continue;
922       }
923
924       // Speculative prefetch as early as possible
925       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
926
927       // Check for legality just before making the move
928       if (!rootNode && !pos.legal(move))
929       {
930           ss->moveCount = --moveCount;
931           continue;
932       }
933
934       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
935           ttCapture = true;
936
937       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
938       ss->currentMove = move;
939       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
940
941       // Step 14. Make the move
942       pos.do_move(move, st, givesCheck);
943
944       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
945       // re-searched at full depth.
946       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
947           &&  moveCount > 1
948           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
949       {
950           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
951
952           if (captureOrPromotion)
953               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
954           else
955           {
956               // Decrease reduction if opponent's move count is high
957               if ((ss-1)->moveCount > 15)
958                   r -= ONE_PLY;
959
960               // Increase reduction if ttMove is a capture
961               if (ttCapture)
962                   r += ONE_PLY;
963
964               // Increase reduction for cut nodes
965               if (cutNode)
966                   r += 2 * ONE_PLY;
967
968               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
969               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
970               // hence break make_move().
971               else if (    type_of(move) == NORMAL
972                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
973                   r -= 2 * ONE_PLY;
974
975               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
976                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
977                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
978                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
979                              - 4000;
980
981               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
982               if (ss->statScore > 0 && (ss-1)->statScore < 0)
983                   r -= ONE_PLY;
984
985               else if (ss->statScore < 0 && (ss-1)->statScore > 0)
986                   r += ONE_PLY;
987
988               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
989               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
990           }
991
992           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
993
994           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
995
996           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
997       }
998       else
999           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1000
1001       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1002       if (doFullDepthSearch)
1003           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1004                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1005                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
1006                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
1007
1008       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1009       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1010       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1011       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1012       {
1013           (ss+1)->pv = pv;
1014           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1015
1016           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1017                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1018                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1019                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1020       }
1021
1022       // Step 17. Undo move
1023       pos.undo_move(move);
1024
1025       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1026
1027       // Step 18. Check for a new best move
1028       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1029       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1030       // updating best move, PV and TT.
1031       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1032           return VALUE_ZERO;
1033
1034       if (rootNode)
1035       {
1036           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1037                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1038
1039           // PV move or new best move ?
1040           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1041           {
1042               rm.score = value;
1043               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1044               rm.pv.resize(1);
1045
1046               assert((ss+1)->pv);
1047
1048               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1049                   rm.pv.push_back(*m);
1050
1051               // We record how often the best move has been changed in each
1052               // iteration. This information is used for time management: When
1053               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1054               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1055                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1056           }
1057           else
1058               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1059               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1060               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1061               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1062       }
1063
1064       if (value > bestValue)
1065       {
1066           bestValue = value;
1067
1068           if (value > alpha)
1069           {
1070               bestMove = move;
1071
1072               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1073                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1074
1075               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1076                   alpha = value;
1077               else
1078               {
1079                   assert(value >= beta); // Fail high
1080                   break;
1081               }
1082           }
1083       }
1084
1085       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1086           quietsSearched[quietCount++] = move;
1087     }
1088
1089     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1090     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1091     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1092     /*
1093        if (Threads.stop)
1094         return VALUE_DRAW;
1095     */
1096
1097     // Step 20. Check for mate and stalemate
1098     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1099     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1100     // return a fail low score.
1101
1102     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1103
1104     if (!moveCount)
1105         bestValue = excludedMove ? alpha
1106                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1107     else if (bestMove)
1108     {
1109         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1110         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1111             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1112
1113         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1114         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1115             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1116     }
1117     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1118     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1119              && !pos.captured_piece()
1120              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1121         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1122
1123     if (!excludedMove)
1124         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1125                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1126                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1127                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1128
1129     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1130
1131     return bestValue;
1132   }
1133
1134
1135   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1136   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1137
1138   template <NodeType NT, bool InCheck>
1139   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1140
1141     const bool PvNode = NT == PV;
1142
1143     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1144     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1145     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1146     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1147     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1148
1149     Move pv[MAX_PLY+1];
1150     StateInfo st;
1151     TTEntry* tte;
1152     Key posKey;
1153     Move ttMove, move, bestMove;
1154     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1155     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1156     Depth ttDepth;
1157     int moveCount;
1158
1159     if (PvNode)
1160     {
1161         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1162         (ss+1)->pv = pv;
1163         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1164     }
1165
1166     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1167     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1168     moveCount = 0;
1169
1170     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1171     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1172         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos)
1173                                               : DrawValue[pos.side_to_move()];
1174
1175     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1176
1177     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1178     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1179     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1180     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1181                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1182
1183     // Transposition table lookup
1184     posKey = pos.key();
1185     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1186     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1187     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1188
1189     if (  !PvNode
1190         && ttHit
1191         && tte->depth() >= ttDepth
1192         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1193         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1194                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1195         return ttValue;
1196
1197     // Evaluate the position statically
1198     if (InCheck)
1199     {
1200         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1201         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1202     }
1203     else
1204     {
1205         if (ttHit)
1206         {
1207             // Never assume anything on values stored in TT
1208             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1209                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1210
1211             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1212             if (   ttValue != VALUE_NONE
1213                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1214                 bestValue = ttValue;
1215         }
1216         else
1217             ss->staticEval = bestValue =
1218             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1219                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1220
1221         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1222         if (bestValue >= beta)
1223         {
1224             if (!ttHit)
1225                 tte->save(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1226                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1227
1228             return bestValue;
1229         }
1230
1231         if (PvNode && bestValue > alpha)
1232             alpha = bestValue;
1233
1234         futilityBase = bestValue + 128;
1235     }
1236
1237     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1238     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1239     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1240     // be generated.
1241     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1242
1243     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1244     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1245     {
1246       assert(is_ok(move));
1247
1248       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1249                   ? pos.check_squares(type_of(pos.piece_on(from_sq(move)))) & to_sq(move)
1250                   : pos.gives_check(move);
1251
1252       moveCount++;
1253
1254       // Futility pruning
1255       if (   !InCheck
1256           && !givesCheck
1257           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1258           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1259       {
1260           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1261
1262           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1263
1264           if (futilityValue <= alpha)
1265           {
1266               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1267               continue;
1268           }
1269
1270           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1271           {
1272               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1273               continue;
1274           }
1275       }
1276
1277       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1278       evasionPrunable =    InCheck
1279                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1280                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1281                        && !pos.capture(move);
1282
1283       // Don't search moves with negative SEE values
1284       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1285           &&  type_of(move) != PROMOTION
1286           &&  !pos.see_ge(move))
1287           continue;
1288
1289       // Speculative prefetch as early as possible
1290       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1291
1292       // Check for legality just before making the move
1293       if (!pos.legal(move))
1294       {
1295           moveCount--;
1296           continue;
1297       }
1298
1299       ss->currentMove = move;
1300
1301       // Make and search the move
1302       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1303       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1304                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1305       pos.undo_move(move);
1306
1307       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1308
1309       // Check for a new best move
1310       if (value > bestValue)
1311       {
1312           bestValue = value;
1313
1314           if (value > alpha)
1315           {
1316               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1317                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1318
1319               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1320               {
1321                   alpha = value;
1322                   bestMove = move;
1323               }
1324               else // Fail high
1325               {
1326                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1327                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1328
1329                   return value;
1330               }
1331           }
1332        }
1333     }
1334
1335     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1336     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1337     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1338         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1339
1340     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1341               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1342               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1343
1344     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1345
1346     return bestValue;
1347   }
1348
1349
1350   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1351   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1352   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1353
1354   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1355
1356     assert(v != VALUE_NONE);
1357
1358     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1359           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1360   }
1361
1362
1363   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1364   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1365   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1366
1367   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1368
1369     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1370           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1371           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1372   }
1373
1374
1375   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1376
1377   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1378
1379     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1380         *pv++ = *childPv++;
1381     *pv = MOVE_NONE;
1382   }
1383
1384
1385   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1386   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1387
1388   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1389
1390     for (int i : {1, 2, 4})
1391         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1392             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1393   }
1394
1395
1396   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1397
1398   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1399                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1400
1401     if (ss->killers[0] != move)
1402     {
1403         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1404         ss->killers[0] = move;
1405     }
1406
1407     Color c = pos.side_to_move();
1408     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1409     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1410     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1411
1412     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1413     {
1414         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1415         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1416     }
1417
1418     // Decrease all the other played quiet moves
1419     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1420     {
1421         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1422         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1423     }
1424   }
1425
1426
1427   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1428   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1429
1430   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1431
1432     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1433     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1434
1435     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1436     Value topScore = rootMoves[0].score;
1437     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1438     int weakness = 120 - 2 * level;
1439     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1440
1441     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1442     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1443     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1444     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1445     {
1446         // This is our magic formula
1447         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1448                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1449
1450         if (rootMoves[i].score + push > maxScore)
1451         {
1452             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1453             best = rootMoves[i].pv[0];
1454         }
1455     }
1456
1457     return best;
1458   }
1459
1460 } // namespace
1461
1462   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1463   // when we are out of available time and thus stop the search.
1464
1465   void MainThread::check_time() {
1466
1467     if (--callsCnt > 0)
1468         return;
1469
1470     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1471     // otherwise use a default value.
1472     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1473
1474     static TimePoint lastInfoTime = now();
1475
1476     int elapsed = Time.elapsed();
1477     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1478
1479     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1480     {
1481         lastInfoTime = tick;
1482         dbg_print();
1483     }
1484
1485     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1486     if (Threads.ponder)
1487         return;
1488
1489     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum())
1490         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1491         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1492             Threads.stop = true;
1493   }
1494
1495
1496 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1497 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1498
1499 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1500
1501   std::stringstream ss;
1502   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1503   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1504   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1505   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1506   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1507   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1508
1509   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1510   {
1511       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1512
1513       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1514           continue;
1515
1516       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1517       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1518
1519       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1520       v = tb ? TB::Score : v;
1521
1522       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1523           ss << "\n";
1524
1525       ss << "info"
1526          << " depth "    << d / ONE_PLY
1527          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1528          << " multipv "  << i + 1
1529          << " score "    << UCI::value(v);
1530
1531       if (!tb && i == PVIdx)
1532           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1533
1534       ss << " nodes "    << nodesSearched
1535          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1536
1537       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1538           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1539
1540       ss << " tbhits "   << tbHits
1541          << " time "     << elapsed
1542          << " pv";
1543
1544       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1545           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1546   }
1547
1548   return ss.str();
1549 }
1550
1551
1552 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1553 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1554 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1555 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1556
1557 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1558
1559     StateInfo st;
1560     bool ttHit;
1561
1562     assert(pv.size() == 1);
1563
1564     if (!pv[0])
1565         return false;
1566
1567     pos.do_move(pv[0], st);
1568     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1569
1570     if (ttHit)
1571     {
1572         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1573         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1574             pv.push_back(m);
1575     }
1576
1577     pos.undo_move(pv[0]);
1578     return pv.size() > 1;
1579 }
1580
1581 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1582
1583     RootInTB = false;
1584     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1585     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1586     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1587
1588     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1589     if (Cardinality > MaxCardinality)
1590     {
1591         Cardinality = MaxCardinality;
1592         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1593     }
1594
1595     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1596         return;
1597
1598     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1599     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1600     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1601
1602     if (RootInTB)
1603         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1604
1605     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1606     {
1607         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1608         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1609
1610         // Only probe during search if winning
1611         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1612             Cardinality = 0;
1613     }
1614
1615     if (RootInTB && !UseRule50)
1616         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1617                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1618                                             :  VALUE_DRAW;
1619 }