b9ce9a621175023d284ea8ba90c47ce3e29c881a
[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) 2015-2018 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   const int razor_margin = 600;
71   Value futility_margin(Depth d) { return Value(150 * d / ONE_PLY); }
72
73   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
74   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
75   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
79   }
80
81   // History and stats update bonus, based on depth
82   int stat_bonus(Depth depth) {
83     int d = depth / ONE_PLY;
84     return d > 17 ? 0 : d * d + 2 * d - 2;
85   }
86
87   // Skill structure is used to implement strength limit
88   struct Skill {
89     explicit Skill(int l) : level(l) {}
90     bool enabled() const { return level < 20; }
91     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
92     Move pick_best(size_t multiPV);
93
94     int level;
95     Move best = MOVE_NONE;
96   };
97
98   template <NodeType NT>
99   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning);
100
101   template <NodeType NT, bool InCheck>
102   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
103
104   Value value_to_tt(Value v, int ply);
105   Value value_from_tt(Value v, int ply);
106   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
107   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
108   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
109   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
110   bool pv_is_draw(Position& pos);
111
112   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
113   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
114   template<bool Root>
115   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
116
117     StateInfo st;
118     uint64_t cnt, nodes = 0;
119     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
120
121     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
122     {
123         if (Root && depth <= ONE_PLY)
124             cnt = 1, nodes++;
125         else
126         {
127             pos.do_move(m, st);
128             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
129             nodes += cnt;
130             pos.undo_move(m);
131         }
132         if (Root)
133             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
134     }
135     return nodes;
136   }
137
138 } // namespace
139
140
141 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
142
143 void Search::init() {
144
145   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
146       for (int d = 1; d < 64; ++d)
147           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
148           {
149               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
150
151               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
152               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
153
154               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
155               if (!imp && Reductions[NonPV][imp][d][mc] >= 2)
156                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
157           }
158
159   for (int d = 0; d < 16; ++d)
160   {
161       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
162       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
163   }
164 }
165
166
167 /// Search::clear() resets search state to its initial value
168
169 void Search::clear() {
170
171   Threads.main()->wait_for_search_finished();
172
173   Time.availableNodes = 0;
174   TT.clear();
175   Threads.clear();
176 }
177
178
179 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
180 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
181
182 void MainThread::search() {
183
184   if (Limits.perft)
185   {
186       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
187       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
188       return;
189   }
190
191   Color us = rootPos.side_to_move();
192   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
193   TT.new_search();
194
195   int contempt = Options["Contempt"] * PawnValueEg / 100; // From centipawns
196
197   Eval::Contempt = (us == WHITE ?  make_score(contempt, contempt / 2)
198                                 : -make_score(contempt, contempt / 2));
199
200   if (rootMoves.empty())
201   {
202       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
203       sync_cout << "info depth 0 score "
204                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
205                 << sync_endl;
206   }
207   else
208   {
209       for (Thread* th : Threads)
210           if (th != this)
211               th->start_searching();
212
213       Thread::search(); // Let's start searching!
214   }
215
216   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
217   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
218   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
219   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
220   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
221   Threads.stopOnPonderhit = true;
222
223   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
224   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
225
226   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
227   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
228   Threads.stop = true;
229
230   // Wait until all threads have finished
231   for (Thread* th : Threads)
232       if (th != this)
233           th->wait_for_search_finished();
234
235   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
236   // the available ones before exiting.
237   if (Limits.npmsec)
238       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
239
240   // Check if there are threads with a better score than main thread
241   Thread* bestThread = this;
242   if (    Options["MultiPV"] == 1
243       && !Limits.depth
244       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
245       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
246   {
247       for (Thread* th : Threads)
248       {
249           Depth depthDiff = th->completedDepth - bestThread->completedDepth;
250           Value scoreDiff = th->rootMoves[0].score - bestThread->rootMoves[0].score;
251
252           // Select the thread with the best score, always if it is a mate
253           if (    scoreDiff > 0
254               && (depthDiff >= 0 || th->rootMoves[0].score >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY))
255               bestThread = th;
256       }
257   }
258
259   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
260
261   // Send new PV when needed
262   if (bestThread != this)
263       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
264
265   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
266
267   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
268       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
269
270   std::cout << sync_endl;
271 }
272
273
274 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
275 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
276 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
277
278 void Thread::search() {
279
280   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
281   Value bestValue, alpha, beta, delta;
282   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
283   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
284   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
285   double timeReduction = 1.0;
286
287   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
288   for (int i = 4; i > 0; i--)
289      (ss-i)->contHistory = &this->contHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
290
291   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
292   beta = VALUE_INFINITE;
293
294   if (mainThread)
295   {
296       mainThread->failedLow = false;
297       mainThread->bestMoveChanges = 0;
298   }
299
300   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
301   Skill skill(Options["Skill Level"]);
302
303   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
304   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
305   if (skill.enabled())
306       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
307
308   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
309
310   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
311   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
312          && !Threads.stop
313          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
314   {
315       // Distribute search depths across the threads
316       if (idx)
317       {
318           int i = (idx - 1) % 20;
319           if (((rootDepth / ONE_PLY + rootPos.game_ply() + skipPhase[i]) / skipSize[i]) % 2)
320               continue;
321       }
322
323       // Age out PV variability metric
324       if (mainThread)
325           mainThread->bestMoveChanges *= 0.505, mainThread->failedLow = false;
326
327       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
328       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
329       for (RootMove& rm : rootMoves)
330           rm.previousScore = rm.score;
331
332       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
333       for (PVIdx = 0; PVIdx < multiPV && !Threads.stop; ++PVIdx)
334       {
335           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
336           selDepth = 0;
337
338           // Reset aspiration window starting size
339           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
340           {
341               delta = Value(18);
342               alpha = std::max(rootMoves[PVIdx].previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
343               beta  = std::min(rootMoves[PVIdx].previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
344           }
345
346           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
347           // high/low, re-search with a bigger window until we're not failing
348           // high/low anymore.
349           while (true)
350           {
351               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false, false);
352
353               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
354               // is done with a stable algorithm because all the values but the
355               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
356               // and we want to keep the same order for all the moves except the
357               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
358               // search the already searched PV lines are preserved.
359               std::stable_sort(rootMoves.begin() + PVIdx, rootMoves.end());
360
361               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting and
362               // writing PV back to TT is safe because RootMoves is still
363               // valid, although it refers to the previous iteration.
364               if (Threads.stop)
365                   break;
366
367               // When failing high/low give some update (without cluttering
368               // the UI) before a re-search.
369               if (   mainThread
370                   && multiPV == 1
371                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
372                   && Time.elapsed() > 3000)
373                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
374
375               // In case of failing low/high increase aspiration window and
376               // re-search, otherwise exit the loop.
377               if (bestValue <= alpha)
378               {
379                   beta = (alpha + beta) / 2;
380                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
381
382                   if (mainThread)
383                   {
384                       mainThread->failedLow = true;
385                       Threads.stopOnPonderhit = false;
386                   }
387               }
388               else if (bestValue >= beta)
389                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
390               else
391                   break;
392
393               delta += delta / 4 + 5;
394
395               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
396           }
397
398           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
399           std::stable_sort(rootMoves.begin(), rootMoves.begin() + PVIdx + 1);
400
401           if (    mainThread
402               && (Threads.stop || PVIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
403               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
404       }
405
406       if (!Threads.stop)
407           completedDepth = rootDepth;
408
409       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
410          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
411          lastBestMoveDepth = rootDepth;
412       }
413
414       // Have we found a "mate in x"?
415       if (   Limits.mate
416           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
417           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
418           Threads.stop = true;
419
420       if (!mainThread)
421           continue;
422
423       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
424       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
425           skill.pick_best(multiPV);
426
427       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
428       if (Limits.use_time_management())
429       {
430           if (!Threads.stop && !Threads.stopOnPonderhit)
431           {
432               // Stop the search if only one legal move is available, or if all
433               // of the available time has been used
434               const int F[] = { mainThread->failedLow,
435                                 bestValue - mainThread->previousScore };
436               int improvingFactor = std::max(229, std::min(715, 357 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
437
438               Color us = rootPos.side_to_move();
439               bool thinkHard =    bestValue == VALUE_DRAW
440                                && Limits.time[us] - Time.elapsed() > Limits.time[~us]
441                                && ::pv_is_draw(rootPos);
442
443               double unstablePvFactor = 1 + mainThread->bestMoveChanges + thinkHard;
444
445               // if the bestMove is stable over several iterations, reduce time for this move,
446               // the longer the move has been stable, the more.
447               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move.
448               timeReduction = 1;
449               for (int i : {3, 4, 5})
450                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth && !thinkHard)
451                      timeReduction *= 1.3;
452               unstablePvFactor *=  std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.51) / timeReduction;
453
454               if (   rootMoves.size() == 1
455                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * unstablePvFactor * improvingFactor / 628)
456               {
457                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
458                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
459                   if (Threads.ponder)
460                       Threads.stopOnPonderhit = true;
461                   else
462                       Threads.stop = true;
463               }
464           }
465       }
466   }
467
468   if (!mainThread)
469       return;
470
471   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
472
473   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
474   if (skill.enabled())
475       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
476                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
477 }
478
479
480 namespace {
481
482   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
483
484   template <NodeType NT>
485   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode, bool skipEarlyPruning) {
486
487     const bool PvNode = NT == PV;
488     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
489
490     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
491     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
492     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
493     assert(!(PvNode && cutNode));
494     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
495
496     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
497     StateInfo st;
498     TTEntry* tte;
499     Key posKey;
500     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
501     Depth extension, newDepth;
502     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
503     bool ttHit, inCheck, givesCheck, singularExtensionNode, improving;
504     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
505     Piece movedPiece;
506     int moveCount, captureCount, quietCount;
507
508     // Step 1. Initialize node
509     Thread* thisThread = pos.this_thread();
510     inCheck = pos.checkers();
511     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
512     ss->statScore = 0;
513     bestValue = -VALUE_INFINITE;
514     maxValue = VALUE_INFINITE;
515
516     // Check for the available remaining time
517     if (thisThread == Threads.main())
518         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
519
520     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
521     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
522         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
523
524     if (!rootNode)
525     {
526         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
527         if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed) || pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
528             return ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
529
530         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
531         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
532         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
533         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
534         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
535         // mate. In this case return a fail-high score.
536         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
537         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
538         if (alpha >= beta)
539             return alpha;
540     }
541
542     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
543
544     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
545     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
546     ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
547     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
548     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
549
550     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
551     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
552     // position key in case of an excluded move.
553     excludedMove = ss->excludedMove;
554     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // isn't a very good hash
555     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
556     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
557     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->PVIdx].pv[0]
558             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
559
560     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
561     if (  !PvNode
562         && ttHit
563         && tte->depth() >= depth
564         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
565         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
566                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
567     {
568         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
569         if (ttMove)
570         {
571             if (ttValue >= beta)
572             {
573                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
574                     update_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
575
576                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
577                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
578                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
579             }
580             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
581             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
582             {
583                 int penalty = -stat_bonus(depth);
584                 thisThread->mainHistory.update(pos.side_to_move(), ttMove, penalty);
585                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
586             }
587         }
588         return ttValue;
589     }
590
591     // Step 4a. Tablebase probe
592     if (!rootNode && TB::Cardinality)
593     {
594         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
595
596         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
597             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
598             &&  pos.rule50_count() == 0
599             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
600         {
601             TB::ProbeState err;
602             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
603
604             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
605             {
606                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
607
608                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
609
610                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
611                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
612                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
613
614                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
615                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
616
617                 if (    b == BOUND_EXACT
618                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
619                 {
620                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
621                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
622                               MOVE_NONE, VALUE_NONE, TT.generation());
623
624                     return value;
625                 }
626
627                 if (PvNode)
628                 {
629                     if (b == BOUND_LOWER)
630                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
631                     else
632                         maxValue = value;
633                 }
634             }
635         }
636     }
637
638     // Step 5. Evaluate the position statically
639     if (inCheck)
640     {
641         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
642         goto moves_loop;
643     }
644
645     else if (ttHit)
646     {
647         // Never assume anything on values stored in TT
648         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
649             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
650
651         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
652         if (   ttValue != VALUE_NONE
653             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
654             eval = ttValue;
655     }
656     else
657     {
658         eval = ss->staticEval =
659         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
660                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
661
662         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
663                   ss->staticEval, TT.generation());
664     }
665
666     if (skipEarlyPruning || !pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
667         goto moves_loop;
668
669     // Step 6. Razoring (skipped when in check)
670     if (   !PvNode
671         &&  depth < 4 * ONE_PLY
672         &&  eval + razor_margin <= alpha)
673     {
674         if (depth <= ONE_PLY)
675             return qsearch<NonPV, false>(pos, ss, alpha, alpha+1);
676
677         Value ralpha = alpha - razor_margin;
678         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
679         if (v <= ralpha)
680             return v;
681     }
682
683     // Step 7. Futility pruning: child node (skipped when in check)
684     if (   !rootNode
685         &&  depth < 7 * ONE_PLY
686         &&  eval - futility_margin(depth) >= beta
687         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN)  // Do not return unproven wins
688         return eval;
689
690     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
691     if (   !PvNode
692         &&  eval >= beta
693         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
694         && (ss->ply >= thisThread->nmp_ply || ss->ply % 2 != thisThread->nmp_odd))
695     {
696
697         assert(eval - beta >= 0);
698
699         // Null move dynamic reduction based on depth and value
700         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
701
702         ss->currentMove = MOVE_NULL;
703         ss->contHistory = &thisThread->contHistory[NO_PIECE][0];
704
705         pos.do_null_move(st);
706         Value nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -beta+1)
707                                             : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode, true);
708         pos.undo_null_move();
709
710         if (nullValue >= beta)
711         {
712             // Do not return unproven mate scores
713             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
714                 nullValue = beta;
715
716             if (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && (depth < 12 * ONE_PLY || thisThread->nmp_ply))
717                 return nullValue;
718
719             // Do verification search at high depths
720             // disable null move pruning for side to move for the first part of the remaining search tree
721             thisThread->nmp_ply = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
722             thisThread->nmp_odd = ss->ply % 2;
723
724             Value v = depth-R < ONE_PLY ? qsearch<NonPV, false>(pos, ss, beta-1, beta)
725                                         :  search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false, true);
726
727             thisThread->nmp_odd = thisThread->nmp_ply = 0;
728
729             if (v >= beta)
730                 return nullValue;
731         }
732     }
733
734     // Step 9. ProbCut (skipped when in check)
735     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
736     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
737     if (   !PvNode
738         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
739         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
740     {
741         Value rbeta = std::min(beta + 200, VALUE_INFINITE);
742
743         assert(is_ok((ss-1)->currentMove));
744
745         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
746
747         while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
748             if (pos.legal(move))
749             {
750                 ss->currentMove = move;
751                 ss->contHistory = &thisThread->contHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
752
753                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
754                 pos.do_move(move, st);
755                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode, false);
756                 pos.undo_move(move);
757                 if (value >= rbeta)
758                     return value;
759             }
760     }
761
762     // Step 10. Internal iterative deepening (skipped when in check)
763     if (    depth >= 6 * ONE_PLY
764         && !ttMove
765         && (PvNode || ss->staticEval + 256 >= beta))
766     {
767         Depth d = (3 * depth / (4 * ONE_PLY) - 2) * ONE_PLY;
768         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, d, cutNode, true);
769
770         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
771         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
772     }
773
774 moves_loop: // When in check search starts from here
775
776     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->contHistory, (ss-2)->contHistory, nullptr, (ss-4)->contHistory };
777     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
778
779     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory, &thisThread->captureHistory, contHist, countermove, ss->killers);
780     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
781     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
782             /* || ss->staticEval == VALUE_NONE Already implicit in the previous condition */
783                ||(ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
784
785     singularExtensionNode =   !rootNode
786                            &&  depth >= 8 * ONE_PLY
787                            &&  ttMove != MOVE_NONE
788                            &&  ttValue != VALUE_NONE
789                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
790                            && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
791                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
792     skipQuiets = false;
793     ttCapture = false;
794     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
795
796     // Step 11. Loop through moves
797     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
798     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
799     {
800       assert(is_ok(move));
801
802       if (move == excludedMove)
803           continue;
804
805       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
806       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
807       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
808       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->PVIdx,
809                                   thisThread->rootMoves.end(), move))
810           continue;
811
812       ss->moveCount = ++moveCount;
813
814       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
815           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
816                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
817                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->PVIdx << sync_endl;
818
819       if (PvNode)
820           (ss+1)->pv = nullptr;
821
822       extension = DEPTH_ZERO;
823       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
824       movedPiece = pos.moved_piece(move);
825
826       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
827                   ? pos.check_squares(type_of(movedPiece)) & to_sq(move)
828                   : pos.gives_check(move);
829
830       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
831                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
832
833       // Step 12. Singular and Gives Check Extensions
834
835       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
836       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
837       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
838       // on all the other moves but the ttMove and if the result is lower than
839       // ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
840       if (    singularExtensionNode
841           &&  move == ttMove
842           &&  pos.legal(move))
843       {
844           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
845           Depth d = (depth / (2 * ONE_PLY)) * ONE_PLY;
846           ss->excludedMove = move;
847           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, d, cutNode, true);
848           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
849
850           if (value < rBeta)
851               extension = ONE_PLY;
852       }
853       else if (    givesCheck
854                && !moveCountPruning
855                &&  pos.see_ge(move))
856           extension = ONE_PLY;
857
858       // Calculate new depth for this move
859       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
860
861       // Step 13. Pruning at shallow depth
862       if (  !rootNode
863           && pos.non_pawn_material(pos.side_to_move())
864           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
865       {
866           if (   !captureOrPromotion
867               && !givesCheck
868               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
869           {
870               // Move count based pruning
871               if (moveCountPruning)
872               {
873                   skipQuiets = true;
874                   continue;
875               }
876
877               // Reduced depth of the next LMR search
878               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
879
880               // Countermoves based pruning
881               if (   lmrDepth < 3
882                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
883                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
884                   continue;
885
886               // Futility pruning: parent node
887               if (   lmrDepth < 7
888                   && !inCheck
889                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
890                   continue;
891
892               // Prune moves with negative SEE
893               if (   lmrDepth < 8
894                   && !pos.see_ge(move, Value(-35 * lmrDepth * lmrDepth)))
895                   continue;
896           }
897           else if (    depth < 7 * ONE_PLY
898                    && !extension
899                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
900                   continue;
901       }
902
903       // Speculative prefetch as early as possible
904       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
905
906       // Check for legality just before making the move
907       if (!rootNode && !pos.legal(move))
908       {
909           ss->moveCount = --moveCount;
910           continue;
911       }
912
913       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
914           ttCapture = true;
915
916       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
917       ss->currentMove = move;
918       ss->contHistory = &thisThread->contHistory[movedPiece][to_sq(move)];
919
920       // Step 14. Make the move
921       pos.do_move(move, st, givesCheck);
922
923       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
924       // re-searched at full depth.
925       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
926           &&  moveCount > 1
927           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
928       {
929           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
930
931           if (captureOrPromotion)
932               r -= r ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO;
933           else
934           {
935               // Decrease reduction if opponent's move count is high
936               if ((ss-1)->moveCount > 15)
937                   r -= ONE_PLY;
938
939               // Decrease reduction for exact PV nodes
940               if (pvExact)
941                   r -= ONE_PLY;
942
943               // Increase reduction if ttMove is a capture
944               if (ttCapture)
945                   r += ONE_PLY;
946
947               // Increase reduction for cut nodes
948               if (cutNode)
949                   r += 2 * ONE_PLY;
950
951               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
952               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
953               // hence break make_move().
954               else if (    type_of(move) == NORMAL
955                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
956                   r -= 2 * ONE_PLY;
957
958               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[~pos.side_to_move()][from_to(move)]
959                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
960                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
961                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
962                              - 4000;
963
964               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score
965               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
966                   r -= ONE_PLY;
967
968               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
969                   r += ONE_PLY;
970
971               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history
972               r = std::max(DEPTH_ZERO, (r / ONE_PLY - ss->statScore / 20000) * ONE_PLY);
973           }
974
975           Depth d = std::max(newDepth - r, ONE_PLY);
976
977           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true, false);
978
979           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
980       }
981       else
982           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
983
984       // Step 16. Full depth search when LMR is skipped or fails high
985       if (doFullDepthSearch)
986           value = newDepth <   ONE_PLY ?
987                             givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
988                                        : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha)
989                                        : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode, false);
990
991       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
992       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
993       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
994       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
995       {
996           (ss+1)->pv = pv;
997           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
998
999           value = newDepth <   ONE_PLY ?
1000                             givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1001                                        : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha)
1002                                        : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false, false);
1003       }
1004
1005       // Step 17. Undo move
1006       pos.undo_move(move);
1007
1008       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1009
1010       // Step 18. Check for a new best move
1011       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1012       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1013       // updating best move, PV and TT.
1014       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1015           return VALUE_ZERO;
1016
1017       if (rootNode)
1018       {
1019           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1020                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1021
1022           // PV move or new best move ?
1023           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1024           {
1025               rm.score = value;
1026               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1027               rm.pv.resize(1);
1028
1029               assert((ss+1)->pv);
1030
1031               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1032                   rm.pv.push_back(*m);
1033
1034               // We record how often the best move has been changed in each
1035               // iteration. This information is used for time management: When
1036               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1037               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1038                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1039           }
1040           else
1041               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1042               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1043               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1044               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1045       }
1046
1047       if (value > bestValue)
1048       {
1049           bestValue = value;
1050
1051           if (value > alpha)
1052           {
1053               bestMove = move;
1054
1055               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1056                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1057
1058               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1059                   alpha = value;
1060               else
1061               {
1062                   assert(value >= beta); // Fail high
1063                   break;
1064               }
1065           }
1066       }
1067
1068       if (!captureOrPromotion && move != bestMove && quietCount < 64)
1069           quietsSearched[quietCount++] = move;
1070       else if (captureOrPromotion && move != bestMove && captureCount < 32)
1071           capturesSearched[captureCount++] = move;
1072     }
1073
1074     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1075     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1076     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1077     /*
1078        if (Threads.stop)
1079         return VALUE_DRAW;
1080     */
1081
1082     // Step 20. Check for mate and stalemate
1083     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1084     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1085     // return a fail low score.
1086
1087     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1088
1089     if (!moveCount)
1090         bestValue = excludedMove ? alpha
1091                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1092     else if (bestMove)
1093     {
1094         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1095         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1096             update_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount, stat_bonus(depth));
1097         else
1098             update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth));
1099
1100         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1101         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1102             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1103     }
1104     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1105     else if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1106              && !pos.captured_piece()
1107              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1108         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1109
1110     if (PvNode)
1111         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1112
1113     if (!excludedMove)
1114         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1115                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1116                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1117                   depth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1118
1119     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1120
1121     return bestValue;
1122   }
1123
1124
1125   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1126   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1127
1128   template <NodeType NT, bool InCheck>
1129   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1130
1131     const bool PvNode = NT == PV;
1132
1133     assert(InCheck == bool(pos.checkers()));
1134     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1135     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1136     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1137     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1138
1139     Move pv[MAX_PLY+1];
1140     StateInfo st;
1141     TTEntry* tte;
1142     Key posKey;
1143     Move ttMove, move, bestMove;
1144     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1145     bool ttHit, givesCheck, evasionPrunable;
1146     Depth ttDepth;
1147     int moveCount;
1148
1149     if (PvNode)
1150     {
1151         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1152         (ss+1)->pv = pv;
1153         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1154     }
1155
1156     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1157     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1158     moveCount = 0;
1159
1160     // Check for an instant draw or if the maximum ply has been reached
1161     if (pos.is_draw(ss->ply) || ss->ply >= MAX_PLY)
1162         return ss->ply >= MAX_PLY && !InCheck ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1163
1164     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1165
1166     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1167     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1168     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1169     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1170                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1171     // Transposition table lookup
1172     posKey = pos.key();
1173     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1174     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1175     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1176
1177     if (  !PvNode
1178         && ttHit
1179         && tte->depth() >= ttDepth
1180         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1181         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() &  BOUND_LOWER)
1182                             : (tte->bound() &  BOUND_UPPER)))
1183         return ttValue;
1184
1185     // Evaluate the position statically
1186     if (InCheck)
1187     {
1188         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1189         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1190     }
1191     else
1192     {
1193         if (ttHit)
1194         {
1195             // Never assume anything on values stored in TT
1196             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1197                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1198
1199             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1200             if (   ttValue != VALUE_NONE
1201                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1202                 bestValue = ttValue;
1203         }
1204         else
1205             ss->staticEval = bestValue =
1206             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1207                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1208
1209         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1210         if (bestValue >= beta)
1211         {
1212             if (!ttHit)
1213                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1214                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, TT.generation());
1215
1216             return bestValue;
1217         }
1218
1219         if (PvNode && bestValue > alpha)
1220             alpha = bestValue;
1221
1222         futilityBase = bestValue + 128;
1223     }
1224
1225     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1226     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1227     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1228     // be generated.
1229     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &pos.this_thread()->mainHistory, &pos.this_thread()->captureHistory, to_sq((ss-1)->currentMove));
1230
1231     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1232     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1233     {
1234       assert(is_ok(move));
1235
1236       givesCheck =  type_of(move) == NORMAL && !pos.discovered_check_candidates()
1237                   ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
1238                   : pos.gives_check(move);
1239
1240       moveCount++;
1241
1242       // Futility pruning
1243       if (   !InCheck
1244           && !givesCheck
1245           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1246           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1247       {
1248           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1249
1250           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1251
1252           if (futilityValue <= alpha)
1253           {
1254               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1255               continue;
1256           }
1257
1258           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1259           {
1260               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1261               continue;
1262           }
1263       }
1264
1265       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1266       evasionPrunable =    InCheck
1267                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1268                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1269                        && !pos.capture(move);
1270
1271       // Don't search moves with negative SEE values
1272       if (  (!InCheck || evasionPrunable)
1273           &&  !pos.see_ge(move))
1274           continue;
1275
1276       // Speculative prefetch as early as possible
1277       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1278
1279       // Check for legality just before making the move
1280       if (!pos.legal(move))
1281       {
1282           moveCount--;
1283           continue;
1284       }
1285
1286       ss->currentMove = move;
1287
1288       // Make and search the move
1289       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1290       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1291                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1292       pos.undo_move(move);
1293
1294       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1295
1296       // Check for a new best move
1297       if (value > bestValue)
1298       {
1299           bestValue = value;
1300
1301           if (value > alpha)
1302           {
1303               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1304                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1305
1306               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1307               {
1308                   alpha = value;
1309                   bestMove = move;
1310               }
1311               else // Fail high
1312               {
1313                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1314                             ttDepth, move, ss->staticEval, TT.generation());
1315
1316                   return value;
1317               }
1318           }
1319        }
1320     }
1321
1322     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1323     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1324     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1325         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1326
1327     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1328               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1329               ttDepth, bestMove, ss->staticEval, TT.generation());
1330
1331     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1332
1333     return bestValue;
1334   }
1335
1336
1337   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1338   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1339   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1340
1341   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1342
1343     assert(v != VALUE_NONE);
1344
1345     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1346           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1347   }
1348
1349
1350   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1351   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1352   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1353
1354   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1355
1356     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1357           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1358           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1359   }
1360
1361
1362   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1363
1364   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1365
1366     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1367         *pv++ = *childPv++;
1368     *pv = MOVE_NONE;
1369   }
1370
1371
1372   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1373   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1374
1375   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1376
1377     for (int i : {1, 2, 4})
1378         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1379             (ss-i)->contHistory->update(pc, to, bonus);
1380   }
1381
1382
1383   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1384
1385   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1386                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1387
1388       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1389       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1390       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1391       captureHistory.update(moved_piece, to_sq(move), captured, bonus);
1392
1393       // Decrease all the other played capture moves
1394       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1395       {
1396           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1397           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1398           captureHistory.update(moved_piece, to_sq(captures[i]), captured, -bonus);
1399       }
1400   }
1401
1402
1403   // update_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1404
1405   void update_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1406                     Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1407
1408     if (ss->killers[0] != move)
1409     {
1410         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1411         ss->killers[0] = move;
1412     }
1413
1414     Color c = pos.side_to_move();
1415     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1416     thisThread->mainHistory.update(c, move, bonus);
1417     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1418
1419     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1420     {
1421         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1422         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1423     }
1424
1425     // Decrease all the other played quiet moves
1426     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1427     {
1428         thisThread->mainHistory.update(c, quiets[i], -bonus);
1429         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1430     }
1431   }
1432
1433
1434   // Is the PV leading to a draw position? Assumes all pv moves are legal
1435   bool pv_is_draw(Position& pos) {
1436
1437     StateInfo st[MAX_PLY];
1438     auto& pv = pos.this_thread()->rootMoves[0].pv;
1439
1440     for (size_t i = 0; i < pv.size(); ++i)
1441         pos.do_move(pv[i], st[i]);
1442
1443     bool isDraw = pos.is_draw(pv.size());
1444
1445     for (size_t i = pv.size(); i > 0; --i)
1446         pos.undo_move(pv[i-1]);
1447
1448     return isDraw;
1449   }
1450
1451
1452   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1453   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1454
1455   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1456
1457     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1458     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1459
1460     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1461     Value topScore = rootMoves[0].score;
1462     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1463     int weakness = 120 - 2 * level;
1464     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1465
1466     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1467     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1468     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1469     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1470     {
1471         // This is our magic formula
1472         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1473                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1474
1475         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1476         {
1477             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1478             best = rootMoves[i].pv[0];
1479         }
1480     }
1481
1482     return best;
1483   }
1484
1485 } // namespace
1486
1487   // check_time() is used to print debug info and, more importantly, to detect
1488   // when we are out of available time and thus stop the search.
1489
1490   void MainThread::check_time() {
1491
1492     if (--callsCnt > 0)
1493         return;
1494
1495     // At low node count increase the checking rate to about 0.1% of nodes
1496     // otherwise use a default value.
1497     callsCnt = Limits.nodes ? std::min(4096, int(Limits.nodes / 1024)) : 4096;
1498
1499     static TimePoint lastInfoTime = now();
1500
1501     int elapsed = Time.elapsed();
1502     TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1503
1504     if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1505     {
1506         lastInfoTime = tick;
1507         dbg_print();
1508     }
1509
1510     // An engine may not stop pondering until told so by the GUI
1511     if (Threads.ponder)
1512         return;
1513
1514     if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1515         || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1516         || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1517             Threads.stop = true;
1518   }
1519
1520
1521 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1522 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1523
1524 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1525
1526   std::stringstream ss;
1527   int elapsed = Time.elapsed() + 1;
1528   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1529   size_t PVIdx = pos.this_thread()->PVIdx;
1530   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1531   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1532   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1533
1534   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1535   {
1536       bool updated = (i <= PVIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1537
1538       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1539           continue;
1540
1541       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1542       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1543
1544       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1545       v = tb ? TB::Score : v;
1546
1547       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1548           ss << "\n";
1549
1550       ss << "info"
1551          << " depth "    << d / ONE_PLY
1552          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1553          << " multipv "  << i + 1
1554          << " score "    << UCI::value(v);
1555
1556       if (!tb && i == PVIdx)
1557           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1558
1559       ss << " nodes "    << nodesSearched
1560          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1561
1562       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1563           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1564
1565       ss << " tbhits "   << tbHits
1566          << " time "     << elapsed
1567          << " pv";
1568
1569       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1570           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1571   }
1572
1573   return ss.str();
1574 }
1575
1576
1577 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1578 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1579 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1580 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1581
1582 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1583
1584     StateInfo st;
1585     bool ttHit;
1586
1587     assert(pv.size() == 1);
1588
1589     if (!pv[0])
1590         return false;
1591
1592     pos.do_move(pv[0], st);
1593     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1594
1595     if (ttHit)
1596     {
1597         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1598         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1599             pv.push_back(m);
1600     }
1601
1602     pos.undo_move(pv[0]);
1603     return pv.size() > 1;
1604 }
1605
1606 void Tablebases::filter_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1607
1608     RootInTB = false;
1609     UseRule50 = Options["Syzygy50MoveRule"];
1610     ProbeDepth = Options["SyzygyProbeDepth"] * ONE_PLY;
1611     Cardinality = Options["SyzygyProbeLimit"];
1612
1613     // Skip TB probing when no TB found: !TBLargest -> !TB::Cardinality
1614     if (Cardinality > MaxCardinality)
1615     {
1616         Cardinality = MaxCardinality;
1617         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1618     }
1619
1620     if (Cardinality < popcount(pos.pieces()) || pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1621         return;
1622
1623     // Don't filter any moves if the user requested analysis on multiple
1624     if (Options["MultiPV"] != 1)
1625         return;
1626
1627     // If the current root position is in the tablebases, then RootMoves
1628     // contains only moves that preserve the draw or the win.
1629     RootInTB = root_probe(pos, rootMoves, TB::Score);
1630
1631     if (RootInTB)
1632         Cardinality = 0; // Do not probe tablebases during the search
1633
1634     else // If DTZ tables are missing, use WDL tables as a fallback
1635     {
1636         // Filter out moves that do not preserve the draw or the win.
1637         RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves, TB::Score);
1638
1639         // Only probe during search if winning
1640         if (RootInTB && TB::Score <= VALUE_DRAW)
1641             Cardinality = 0;
1642     }
1643
1644     if (RootInTB && !UseRule50)
1645         TB::Score =  TB::Score > VALUE_DRAW ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - 1
1646                    : TB::Score < VALUE_DRAW ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + 1
1647                                             :  VALUE_DRAW;
1648
1649     // Since root_probe() and root_probe_wdl() dirty the root move scores,
1650     // we reset them to -VALUE_INFINITE
1651     for (RootMove& rm : rootMoves)
1652         rm.score = -VALUE_INFINITE;
1653 }