ba1fef4d07e8081a56c73e354c915f8bf037f894
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2019 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin = 600;
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Reductions lookup table, initialized at startup
75   int Reductions[64]; // [depth or moveNumber]
76
77   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
78     int r = Reductions[std::min(d / ONE_PLY, 63)] * Reductions[std::min(mn, 63)] / 1024;
79     return ((r + 512) / 1024 + (!i && r > 1024) - PvNode) * ONE_PLY;
80   }
81
82   constexpr int futility_move_count(bool improving, int depth) {
83     return (5 + depth * depth) * (1 + improving) / 2;
84   }
85
86   // History and stats update bonus, based on depth
87   int stat_bonus(Depth depth) {
88     int d = depth / ONE_PLY;
89     return d > 17 ? 0 : 29 * d * d + 138 * d - 134;
90   }
91
92   // Add a small random component to draw evaluations to keep search dynamic
93   // and to avoid 3fold-blindness.
94   Value value_draw(Depth depth, Thread* thisThread) {
95     return depth < 4 ? VALUE_DRAW
96                      : VALUE_DRAW + Value(2 * (thisThread->nodes.load(std::memory_order_relaxed) % 2) - 1);
97   }
98
99   // Skill structure is used to implement strength limit
100   struct Skill {
101     explicit Skill(int l) : level(l) {}
102     bool enabled() const { return level < 20; }
103     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
104     Move pick_best(size_t multiPV);
105
106     int level;
107     Move best = MOVE_NONE;
108   };
109
110   template <NodeType NT>
111   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
112
113   template <NodeType NT>
114   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
115
116   Value value_to_tt(Value v, int ply);
117   Value value_from_tt(Value v, int ply);
118   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
119   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
120   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietCount, int bonus);
121   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCount, int bonus);
122
123   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
124     Color us = pos.side_to_move();
125     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
126           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
127           : pos.gives_check(move);
128   }
129
130   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
131   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
132   template<bool Root>
133   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
134
135     StateInfo st;
136     uint64_t cnt, nodes = 0;
137     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
138
139     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
140     {
141         if (Root && depth <= ONE_PLY)
142             cnt = 1, nodes++;
143         else
144         {
145             pos.do_move(m, st);
146             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
147             nodes += cnt;
148             pos.undo_move(m);
149         }
150         if (Root)
151             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
152     }
153     return nodes;
154   }
155
156 } // namespace
157
158
159 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
160
161 void Search::init() {
162
163   for (int i = 1; i < 64; ++i)
164       Reductions[i] = int(1024 * std::log(i) / std::sqrt(1.95));
165 }
166
167
168 /// Search::clear() resets search state to its initial value
169
170 void Search::clear() {
171
172   Threads.main()->wait_for_search_finished();
173
174   Time.availableNodes = 0;
175   TT.clear();
176   Threads.clear();
177   Tablebases::init(Options["SyzygyPath"]); // Free up mapped files
178 }
179
180
181 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
182 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
183
184 void MainThread::search() {
185
186   if (Limits.perft)
187   {
188       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
189       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
190       return;
191   }
192
193   Color us = rootPos.side_to_move();
194   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
195   TT.new_search();
196
197   if (rootMoves.empty())
198   {
199       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
200       sync_cout << "info depth 0 score "
201                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
202                 << sync_endl;
203   }
204   else
205   {
206       for (Thread* th : Threads)
207           if (th != this)
208               th->start_searching();
209
210       Thread::search(); // Let's start searching!
211   }
212
213   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
214   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
215   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
216   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
217   // until the GUI sends one of those commands.
218
219   while (!Threads.stop && (ponder || Limits.infinite))
220   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
221
222   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
223   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
224   Threads.stop = true;
225
226   // Wait until all threads have finished
227   for (Thread* th : Threads)
228       if (th != this)
229           th->wait_for_search_finished();
230
231   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
232   // the available ones before exiting.
233   if (Limits.npmsec)
234       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
235
236   // Check if there are threads with a better score than main thread
237   Thread* bestThread = this;
238   if (    Options["MultiPV"] == 1
239       && !Limits.depth
240       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
241       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
242   {
243       std::map<Move, int64_t> votes;
244       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
245
246       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
247       for (Thread* th: Threads)
248           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
249
250       // Vote according to score and depth
251       for (Thread* th : Threads)
252       {
253           int64_t s = th->rootMoves[0].score - minScore + 1;
254           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] += 200 + s * s * int(th->completedDepth);
255       }
256
257       // Select best thread
258       auto bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
259       for (Thread* th : Threads)
260           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
261           {
262               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
263               bestThread = th;
264           }
265   }
266
267   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
268
269   // Send again PV info if we have a new best thread
270   if (bestThread != this)
271       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
272
273   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
274
275   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
276       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
277
278   std::cout << sync_endl;
279 }
280
281
282 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
283 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
284 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
285
286 void Thread::search() {
287
288   // To allow access to (ss-5) up to (ss+2), the stack must be oversized.
289   // The former is needed to allow update_continuation_histories(ss-1, ...),
290   // which accesses its argument at ss-4, also near the root.
291   // The latter is needed for statScores and killer initialization.
292   Stack stack[MAX_PLY+10], *ss = stack+7;
293   Move  pv[MAX_PLY+1];
294   Value bestValue, alpha, beta, delta;
295   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
296   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
297   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
298   double timeReduction = 1.0;
299   Color us = rootPos.side_to_move();
300
301   std::memset(ss-7, 0, 10 * sizeof(Stack));
302   for (int i = 7; i > 0; i--)
303      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
304   ss->pv = pv;
305
306   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
307   beta = VALUE_INFINITE;
308
309   if (mainThread)
310       mainThread->bestMoveChanges = 0;
311
312   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
313   Skill skill(Options["Skill Level"]);
314
315   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
316   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
317   if (skill.enabled())
318       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
319
320   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
321
322   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
323
324   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
325   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
326       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
327           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
328           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
329           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
330           : ct;
331
332   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
333   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
334                           : -make_score(ct, ct / 2));
335
336   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
337   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
338          && !Threads.stop
339          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
340   {
341       // Distribute search depths across the helper threads
342       if (idx > 0)
343       {
344           int i = (idx - 1) % 20;
345           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
346               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
347       }
348
349       // Age out PV variability metric
350       if (mainThread)
351           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517;
352
353       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
354       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
355       for (RootMove& rm : rootMoves)
356           rm.previousScore = rm.score;
357
358       size_t pvFirst = 0;
359       pvLast = 0;
360
361       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
362       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
363       {
364           if (pvIdx == pvLast)
365           {
366               pvFirst = pvLast;
367               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
368                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
369                       break;
370           }
371
372           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
373           selDepth = 0;
374
375           // Reset aspiration window starting size
376           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
377           {
378               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
379               delta = Value(20);
380               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
381               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
382
383               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
384               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
385
386               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
387                                       : -make_score(dct, dct / 2));
388           }
389
390           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
391           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
392           // high/low anymore.
393           int failedHighCnt = 0;
394           while (true)
395           {
396               Depth adjustedDepth = std::max(ONE_PLY, rootDepth - failedHighCnt * ONE_PLY);
397               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, adjustedDepth, false);
398
399               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
400               // is done with a stable algorithm because all the values but the
401               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
402               // and we want to keep the same order for all the moves except the
403               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
404               // search the already searched PV lines are preserved.
405               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
406
407               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
408               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
409               // the previous iteration.
410               if (Threads.stop)
411                   break;
412
413               // When failing high/low give some update (without cluttering
414               // the UI) before a re-search.
415               if (   mainThread
416                   && multiPV == 1
417                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
418                   && Time.elapsed() > 3000)
419                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
420
421               // In case of failing low/high increase aspiration window and
422               // re-search, otherwise exit the loop.
423               if (bestValue <= alpha)
424               {
425                   beta = (alpha + beta) / 2;
426                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
427
428                   if (mainThread)
429                   {
430                       failedHighCnt = 0;
431                       mainThread->stopOnPonderhit = false;
432                   }
433               }
434               else if (bestValue >= beta)
435               {
436                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
437                   if (mainThread)
438                       ++failedHighCnt;
439               }
440               else
441                   break;
442
443               delta += delta / 4 + 5;
444
445               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
446           }
447
448           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
449           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
450
451           if (    mainThread
452               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
453               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
454       }
455
456       if (!Threads.stop)
457           completedDepth = rootDepth;
458
459       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
460          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
461          lastBestMoveDepth = rootDepth;
462       }
463
464       // Have we found a "mate in x"?
465       if (   Limits.mate
466           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
467           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
468           Threads.stop = true;
469
470       if (!mainThread)
471           continue;
472
473       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
474       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
475           skill.pick_best(multiPV);
476
477       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
478       if (    Limits.use_time_management()
479           && !Threads.stop
480           && !mainThread->stopOnPonderhit)
481       {
482           double fallingEval = (306 + 9 * (mainThread->previousScore - bestValue)) / 581.0;
483           fallingEval        = std::max(0.5, std::min(1.5, fallingEval));
484
485           // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
486           timeReduction = lastBestMoveDepth + 10 * ONE_PLY < completedDepth ? 1.95 : 1.0;
487           double reduction = std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
488
489           // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
490           double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
491
492           // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
493           if (   rootMoves.size() == 1
494               || Time.elapsed() > Time.optimum() * fallingEval * reduction * bestMoveInstability)
495           {
496               // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
497               // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
498               if (mainThread->ponder)
499                   mainThread->stopOnPonderhit = true;
500               else
501                   Threads.stop = true;
502           }
503       }
504   }
505
506   if (!mainThread)
507       return;
508
509   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
510
511   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
512   if (skill.enabled())
513       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
514                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
515 }
516
517
518 namespace {
519
520   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
521
522   template <NodeType NT>
523   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
524
525     constexpr bool PvNode = NT == PV;
526     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
527
528     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
529     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
530     if (   pos.rule50_count() >= 3
531         && alpha < VALUE_DRAW
532         && !rootNode
533         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
534     {
535         alpha = value_draw(depth, pos.this_thread());
536         if (alpha >= beta)
537             return alpha;
538     }
539
540     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
541     if (depth < ONE_PLY)
542         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
543
544     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
545     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
546     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
547     assert(!(PvNode && cutNode));
548     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
549
550     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
551     StateInfo st;
552     TTEntry* tte;
553     Key posKey;
554     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
555     Depth extension, newDepth;
556     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue, pureStaticEval;
557     bool ttHit, ttPv, inCheck, givesCheck, improving;
558     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, ttCapture;
559     Piece movedPiece;
560     int moveCount, captureCount, quietCount;
561
562     // Step 1. Initialize node
563     Thread* thisThread = pos.this_thread();
564     inCheck = pos.checkers();
565     Color us = pos.side_to_move();
566     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
567     bestValue = -VALUE_INFINITE;
568     maxValue = VALUE_INFINITE;
569
570     // Check for the available remaining time
571     if (thisThread == Threads.main())
572         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
573
574     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
575     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
576         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
577
578     if (!rootNode)
579     {
580         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
581         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
582             || pos.is_draw(ss->ply)
583             || ss->ply >= MAX_PLY)
584             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos)
585                                                     : value_draw(depth, pos.this_thread());
586
587         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
588         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
589         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
590         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
591         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
592         // mate. In this case return a fail-high score.
593         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
594         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
595         if (alpha >= beta)
596             return alpha;
597     }
598
599     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
600
601     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
602     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
603     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
604     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
605     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
606
607     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
608     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
609     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
610     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
611     // LMR which are based on the statScore of parent position.
612     (ss+2)->statScore = 0;
613
614     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
615     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
616     // position key in case of an excluded move.
617     excludedMove = ss->excludedMove;
618     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
619     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
620     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
621     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
622             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
623     ttPv = (ttHit && tte->is_pv()) || (PvNode && depth > 4 * ONE_PLY);
624
625     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
626     if (  !PvNode
627         && ttHit
628         && tte->depth() >= depth
629         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
630         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
631                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
632     {
633         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
634         if (ttMove)
635         {
636             if (ttValue >= beta)
637             {
638                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
639                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
640
641                 // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
642                 if (    ((ss-1)->moveCount == 1 || (ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0])
643                      && !pos.captured_piece())
644                         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
645             }
646             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
647             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
648             {
649                 int penalty = -stat_bonus(depth);
650                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
651                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
652             }
653         }
654         return ttValue;
655     }
656
657     // Step 5. Tablebases probe
658     if (!rootNode && TB::Cardinality)
659     {
660         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
661
662         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
663             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
664             &&  pos.rule50_count() == 0
665             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
666         {
667             TB::ProbeState err;
668             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
669
670             // Force check of time on the next occasion
671             if (thisThread == Threads.main())
672                 static_cast<MainThread*>(thisThread)->callsCnt = 0;
673
674             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
675             {
676                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
677
678                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
679
680                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
681                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
682                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
683
684                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
685                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
686
687                 if (    b == BOUND_EXACT
688                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
689                 {
690                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), ttPv, b,
691                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
692                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
693
694                     return value;
695                 }
696
697                 if (PvNode)
698                 {
699                     if (b == BOUND_LOWER)
700                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
701                     else
702                         maxValue = value;
703                 }
704             }
705         }
706     }
707
708     // Step 6. Static evaluation of the position
709     if (inCheck)
710     {
711         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = VALUE_NONE;
712         improving = false;
713         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
714     }
715     else if (ttHit)
716     {
717         // Never assume anything on values stored in TT
718         ss->staticEval = eval = pureStaticEval = tte->eval();
719         if (eval == VALUE_NONE)
720             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = evaluate(pos);
721
722         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
723         if (    ttValue != VALUE_NONE
724             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
725             eval = ttValue;
726     }
727     else
728     {
729         if ((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL)
730         {
731             int bonus = -(ss-1)->statScore / 512;
732
733             pureStaticEval = evaluate(pos);
734             ss->staticEval = eval = pureStaticEval + bonus;
735         }
736         else
737             ss->staticEval = eval = pureStaticEval = -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
738
739         tte->save(posKey, VALUE_NONE, ttPv, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE, pureStaticEval);
740     }
741
742     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
743     if (   !rootNode // The required rootNode PV handling is not available in qsearch
744         &&  depth < 2 * ONE_PLY
745         &&  eval <= alpha - RazorMargin)
746         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
747
748     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
749                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
750
751     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
752     if (   !PvNode
753         &&  depth < 7 * ONE_PLY
754         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
755         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
756         return eval;
757
758     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
759     if (   !PvNode
760         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
761         && (ss-1)->statScore < 23200
762         &&  eval >= beta
763         &&  pureStaticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
764         && !excludedMove
765         &&  pos.non_pawn_material(us)
766         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
767     {
768         assert(eval - beta >= 0);
769
770         // Null move dynamic reduction based on depth and value
771         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min(int(eval - beta) / 200, 3)) * ONE_PLY;
772
773         ss->currentMove = MOVE_NULL;
774         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
775
776         pos.do_null_move(st);
777
778         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
779
780         pos.undo_null_move();
781
782         if (nullValue >= beta)
783         {
784             // Do not return unproven mate scores
785             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
786                 nullValue = beta;
787
788             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
789                 return nullValue;
790
791             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
792
793             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
794             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
795             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
796             thisThread->nmpColor = us;
797
798             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
799
800             thisThread->nmpMinPly = 0;
801
802             if (v >= beta)
803                 return nullValue;
804         }
805     }
806
807     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
808     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
809     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
810     if (   !PvNode
811         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
812         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
813     {
814         Value raisedBeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
815         MovePicker mp(pos, ttMove, raisedBeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
816         int probCutCount = 0;
817
818         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
819                && probCutCount < 2 + 2 * cutNode)
820             if (move != excludedMove && pos.legal(move))
821             {
822                 probCutCount++;
823
824                 ss->currentMove = move;
825                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
826
827                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
828
829                 pos.do_move(move, st);
830
831                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
832                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1);
833
834                 // If the qsearch held, perform the regular search
835                 if (value >= raisedBeta)
836                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -raisedBeta, -raisedBeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
837
838                 pos.undo_move(move);
839
840                 if (value >= raisedBeta)
841                     return value;
842             }
843     }
844
845     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
846     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
847         && !ttMove)
848     {
849         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
850
851         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
852         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
853         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
854     }
855
856 moves_loop: // When in check, search starts from here
857
858     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
859                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
860                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
861     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
862
863     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
864                                       &thisThread->captureHistory,
865                                       contHist,
866                                       countermove,
867                                       ss->killers);
868     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
869
870     moveCountPruning = false;
871     ttCapture = ttMove && pos.capture_or_promotion(ttMove);
872
873     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
874     // or a beta cutoff occurs.
875     while ((move = mp.next_move(moveCountPruning)) != MOVE_NONE)
876     {
877       assert(is_ok(move));
878
879       if (move == excludedMove)
880           continue;
881
882       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
883       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
884       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
885       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
886       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
887                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
888           continue;
889
890       ss->moveCount = ++moveCount;
891
892       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
893           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
894                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
895                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
896       if (PvNode)
897           (ss+1)->pv = nullptr;
898
899       extension = DEPTH_ZERO;
900       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
901       movedPiece = pos.moved_piece(move);
902       givesCheck = gives_check(pos, move);
903
904       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
905
906       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
907       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
908       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
909       // a reduced search on all the other moves but the ttMove and if the
910       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
911       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
912           &&  move == ttMove
913           && !rootNode
914           && !excludedMove // Avoid recursive singular search
915       /*  &&  ttValue != VALUE_NONE Already implicit in the next condition */
916           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN
917           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
918           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
919           &&  pos.legal(move))
920       {
921           Value singularBeta = ttValue - 2 * depth / ONE_PLY;
922           ss->excludedMove = move;
923           value = search<NonPV>(pos, ss, singularBeta - 1, singularBeta, depth / 2, cutNode);
924           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
925
926           if (value < singularBeta)
927               extension = ONE_PLY;
928
929           // Multi-cut pruning
930           // Our ttMove is assumed to fail high, and now we failed high also on a reduced
931           // search without the ttMove. So we assume this expected Cut-node is not singular,
932           // that is multiple moves fail high, and we can prune the whole subtree by returning
933           // the hard beta bound.
934           else if (cutNode && singularBeta > beta)
935               return beta;
936       }
937
938       // Check extension (~2 Elo)
939       else if (    givesCheck
940                && (pos.blockers_for_king(~us) & from_sq(move) || pos.see_ge(move)))
941           extension = ONE_PLY;
942
943       // Castling extension
944       else if (type_of(move) == CASTLING)
945           extension = ONE_PLY;
946
947       // Calculate new depth for this move
948       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
949
950       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
951       if (  !rootNode
952           && pos.non_pawn_material(us)
953           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
954       {
955           // Skip quiet moves if movecount exceeds our FutilityMoveCount threshold
956           moveCountPruning = moveCount >= futility_move_count(improving,depth / ONE_PLY);
957
958           if (   !captureOrPromotion
959               && !givesCheck
960               && !pos.advanced_pawn_push(move))
961           {
962               // Move count based pruning (~30 Elo)
963               if (moveCountPruning)
964                   continue;
965
966               // Reduced depth of the next LMR search
967               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
968
969               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
970               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0 || (ss-1)->moveCount == 1)
971                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
972                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
973                   continue;
974
975               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
976               if (   lmrDepth < 7
977                   && !inCheck
978                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
979                   continue;
980
981               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
982               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
983                   continue;
984           }
985           else if (   !extension // (~20 Elo)
986                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
987                   continue;
988       }
989
990       // Speculative prefetch as early as possible
991       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
992
993       // Check for legality just before making the move
994       if (!rootNode && !pos.legal(move))
995       {
996           ss->moveCount = --moveCount;
997           continue;
998       }
999
1000       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
1001       ss->currentMove = move;
1002       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
1003
1004       // Step 15. Make the move
1005       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1006
1007       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
1008       // re-searched at full depth.
1009       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
1010           &&  moveCount > 1
1011           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
1012       {
1013           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1014
1015           // Decrease reduction if position is or has been on the PV
1016           if (ttPv)
1017               r -= ONE_PLY;
1018
1019           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1020           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1021               r -= ONE_PLY;
1022
1023           if (!captureOrPromotion)
1024           {
1025               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1026               if (ttCapture)
1027                   r += ONE_PLY;
1028
1029               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1030               if (cutNode)
1031                   r += 2 * ONE_PLY;
1032
1033               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1034               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1035               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1036               else if (    type_of(move) == NORMAL
1037                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1038                   r -= 2 * ONE_PLY;
1039
1040               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1041                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1042                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1043                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1044                              - 4000;
1045
1046               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1047               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1048                   r -= ONE_PLY;
1049
1050               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1051                   r += ONE_PLY;
1052
1053               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1054               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1055           }
1056
1057           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1058
1059           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1060
1061           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1062       }
1063       else
1064           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1065
1066       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1067       if (doFullDepthSearch)
1068           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1069
1070       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1071       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1072       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1073       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1074       {
1075           (ss+1)->pv = pv;
1076           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1077
1078           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1079       }
1080
1081       // Step 18. Undo move
1082       pos.undo_move(move);
1083
1084       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1085
1086       // Step 19. Check for a new best move
1087       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1088       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1089       // updating best move, PV and TT.
1090       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1091           return VALUE_ZERO;
1092
1093       if (rootNode)
1094       {
1095           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1096                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1097
1098           // PV move or new best move?
1099           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1100           {
1101               rm.score = value;
1102               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1103               rm.pv.resize(1);
1104
1105               assert((ss+1)->pv);
1106
1107               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1108                   rm.pv.push_back(*m);
1109
1110               // We record how often the best move has been changed in each
1111               // iteration. This information is used for time management: When
1112               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1113               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1114                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1115           }
1116           else
1117               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1118               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1119               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1120               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1121       }
1122
1123       if (value > bestValue)
1124       {
1125           bestValue = value;
1126
1127           if (value > alpha)
1128           {
1129               bestMove = move;
1130
1131               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1132                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1133
1134               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1135                   alpha = value;
1136               else
1137               {
1138                   assert(value >= beta); // Fail high
1139                   ss->statScore = 0;
1140                   break;
1141               }
1142           }
1143       }
1144
1145       if (move != bestMove)
1146       {
1147           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1148               capturesSearched[captureCount++] = move;
1149
1150           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1151               quietsSearched[quietCount++] = move;
1152       }
1153     }
1154
1155     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1156     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1157     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1158     /*
1159        if (Threads.stop)
1160         return VALUE_DRAW;
1161     */
1162
1163     // Step 20. Check for mate and stalemate
1164     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1165     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1166     // return a fail low score.
1167
1168     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1169
1170     if (!moveCount)
1171         bestValue = excludedMove ? alpha
1172                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1173     else if (bestMove)
1174     {
1175         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1176         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1177             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1178                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1179
1180         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1181
1182         // Extra penalty for a quiet TT or main killer move in previous ply when it gets refuted
1183         if (   ((ss-1)->moveCount == 1 || ((ss-1)->currentMove == (ss-1)->killers[0]))
1184             && !pos.captured_piece())
1185                 update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1186
1187     }
1188     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1189     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1190              && !pos.captured_piece())
1191         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1192
1193     if (PvNode)
1194         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1195
1196     if (!excludedMove)
1197         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), ttPv,
1198                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1199                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1200                   depth, bestMove, pureStaticEval);
1201
1202     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1203
1204     return bestValue;
1205   }
1206
1207
1208   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1209   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1210   template <NodeType NT>
1211   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1212
1213     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1214
1215     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1216     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1217     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1218     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1219
1220     Move pv[MAX_PLY+1];
1221     StateInfo st;
1222     TTEntry* tte;
1223     Key posKey;
1224     Move ttMove, move, bestMove;
1225     Depth ttDepth;
1226     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1227     bool ttHit, pvHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1228     int moveCount;
1229
1230     if (PvNode)
1231     {
1232         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1233         (ss+1)->pv = pv;
1234         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1235     }
1236
1237     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1238     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1239     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1240     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1241     inCheck = pos.checkers();
1242     moveCount = 0;
1243
1244     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1245     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1246         || ss->ply >= MAX_PLY)
1247         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1248
1249     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1250
1251     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1252     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1253     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1254     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1255                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1256     // Transposition table lookup
1257     posKey = pos.key();
1258     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1259     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1260     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1261     pvHit = ttHit && tte->is_pv();
1262
1263     if (  !PvNode
1264         && ttHit
1265         && tte->depth() >= ttDepth
1266         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1267         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1268                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1269         return ttValue;
1270
1271     // Evaluate the position statically
1272     if (inCheck)
1273     {
1274         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1275         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1276     }
1277     else
1278     {
1279         if (ttHit)
1280         {
1281             // Never assume anything on values stored in TT
1282             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1283                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1284
1285             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1286             if (    ttValue != VALUE_NONE
1287                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1288                 bestValue = ttValue;
1289         }
1290         else
1291             ss->staticEval = bestValue =
1292             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1293                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1294
1295         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1296         if (bestValue >= beta)
1297         {
1298             if (!ttHit)
1299                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit, BOUND_LOWER,
1300                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1301
1302             return bestValue;
1303         }
1304
1305         if (PvNode && bestValue > alpha)
1306             alpha = bestValue;
1307
1308         futilityBase = bestValue + 128;
1309     }
1310
1311     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory,
1312                                           nullptr, (ss-4)->continuationHistory,
1313                                           nullptr, (ss-6)->continuationHistory };
1314
1315     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1316     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1317     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1318     // be generated.
1319     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1320                                       &thisThread->captureHistory,
1321                                       contHist,
1322                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1323
1324     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1325     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1326     {
1327       assert(is_ok(move));
1328
1329       givesCheck = gives_check(pos, move);
1330
1331       moveCount++;
1332
1333       // Futility pruning
1334       if (   !inCheck
1335           && !givesCheck
1336           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1337           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1338       {
1339           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1340
1341           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1342
1343           if (futilityValue <= alpha)
1344           {
1345               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1346               continue;
1347           }
1348
1349           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1350           {
1351               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1352               continue;
1353           }
1354       }
1355
1356       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1357       evasionPrunable =    inCheck
1358                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1359                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1360                        && !pos.capture(move);
1361
1362       // Don't search moves with negative SEE values
1363       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1364           && !pos.see_ge(move))
1365           continue;
1366
1367       // Speculative prefetch as early as possible
1368       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1369
1370       // Check for legality just before making the move
1371       if (!pos.legal(move))
1372       {
1373           moveCount--;
1374           continue;
1375       }
1376
1377       ss->currentMove = move;
1378       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1379
1380       // Make and search the move
1381       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1382       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1383       pos.undo_move(move);
1384
1385       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1386
1387       // Check for a new best move
1388       if (value > bestValue)
1389       {
1390           bestValue = value;
1391
1392           if (value > alpha)
1393           {
1394               bestMove = move;
1395
1396               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1397                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1398
1399               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1400                   alpha = value;
1401               else
1402                   break; // Fail high
1403           }
1404        }
1405     }
1406
1407     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1408     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1409     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1410         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1411
1412     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), pvHit,
1413               bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1414               PvNode && bestValue > oldAlpha  ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1415               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1416
1417     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1418
1419     return bestValue;
1420   }
1421
1422
1423   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1424   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1425   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1426
1427   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1428
1429     assert(v != VALUE_NONE);
1430
1431     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1432           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1433   }
1434
1435
1436   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1437   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1438   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1439
1440   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1441
1442     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1443           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1444           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1445   }
1446
1447
1448   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1449
1450   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1451
1452     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1453         *pv++ = *childPv++;
1454     *pv = MOVE_NONE;
1455   }
1456
1457
1458   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1459   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1460
1461   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1462
1463     for (int i : {1, 2, 4, 6})
1464         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1465             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1466   }
1467
1468
1469   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1470
1471   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1472                             Move* captures, int captureCount, int bonus) {
1473
1474       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1475       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1476       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1477
1478       if (pos.capture_or_promotion(move))
1479           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1480
1481       // Decrease all the other played capture moves
1482       for (int i = 0; i < captureCount; ++i)
1483       {
1484           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1485           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1486           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1487       }
1488   }
1489
1490
1491   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1492
1493   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1494                           Move* quiets, int quietCount, int bonus) {
1495
1496     if (ss->killers[0] != move)
1497     {
1498         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1499         ss->killers[0] = move;
1500     }
1501
1502     Color us = pos.side_to_move();
1503     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1504     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1505     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1506
1507     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1508     {
1509         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1510         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1511     }
1512
1513     // Decrease all the other played quiet moves
1514     for (int i = 0; i < quietCount; ++i)
1515     {
1516         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1517         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1518     }
1519   }
1520
1521   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1522   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1523
1524   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1525
1526     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1527     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1528
1529     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1530     Value topScore = rootMoves[0].score;
1531     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1532     int weakness = 120 - 2 * level;
1533     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1534
1535     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1536     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1537     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1538     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1539     {
1540         // This is our magic formula
1541         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1542                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1543
1544         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1545         {
1546             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1547             best = rootMoves[i].pv[0];
1548         }
1549     }
1550
1551     return best;
1552   }
1553
1554 } // namespace
1555
1556 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1557 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1558
1559 void MainThread::check_time() {
1560
1561   if (--callsCnt > 0)
1562       return;
1563
1564   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1565   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1566
1567   static TimePoint lastInfoTime = now();
1568
1569   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1570   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1571
1572   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1573   {
1574       lastInfoTime = tick;
1575       dbg_print();
1576   }
1577
1578   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1579   if (ponder)
1580       return;
1581
1582   if (   (Limits.use_time_management() && (elapsed > Time.maximum() - 10 || stopOnPonderhit))
1583       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1584       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1585       Threads.stop = true;
1586 }
1587
1588
1589 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1590 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1591
1592 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1593
1594   std::stringstream ss;
1595   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1596   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1597   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1598   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1599   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1600   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1601
1602   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1603   {
1604       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1605
1606       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1607           continue;
1608
1609       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1610       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1611
1612       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1613       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1614
1615       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1616           ss << "\n";
1617
1618       ss << "info"
1619          << " depth "    << d / ONE_PLY
1620          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1621          << " multipv "  << i + 1
1622          << " score "    << UCI::value(v);
1623
1624       if (!tb && i == pvIdx)
1625           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1626
1627       ss << " nodes "    << nodesSearched
1628          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1629
1630       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1631           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1632
1633       ss << " tbhits "   << tbHits
1634          << " time "     << elapsed
1635          << " pv";
1636
1637       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1638           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1639   }
1640
1641   return ss.str();
1642 }
1643
1644
1645 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1646 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1647 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1648 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1649
1650 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1651
1652     StateInfo st;
1653     bool ttHit;
1654
1655     assert(pv.size() == 1);
1656
1657     if (pv[0] == MOVE_NONE)
1658         return false;
1659
1660     pos.do_move(pv[0], st);
1661     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1662
1663     if (ttHit)
1664     {
1665         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1666         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1667             pv.push_back(m);
1668     }
1669
1670     pos.undo_move(pv[0]);
1671     return pv.size() > 1;
1672 }
1673
1674 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1675
1676     RootInTB = false;
1677     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1678     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1679     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1680     bool dtz_available = true;
1681
1682     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1683     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1684     if (Cardinality > MaxCardinality)
1685     {
1686         Cardinality = MaxCardinality;
1687         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1688     }
1689
1690     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1691     {
1692         // Rank moves using DTZ tables
1693         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1694
1695         if (!RootInTB)
1696         {
1697             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1698             dtz_available = false;
1699             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1700         }
1701     }
1702
1703     if (RootInTB)
1704     {
1705         // Sort moves according to TB rank
1706         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1707                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1708
1709         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1710         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1711             Cardinality = 0;
1712     }
1713     else
1714     {
1715         // Assign the same rank to all moves
1716         for (auto& m : rootMoves)
1717             m.tbRank = 0;
1718     }
1719 }